Tratamento termoquímico
Origem: Wikipédia, a enciclopédia livre.
Sinta-se livre para editá-la para que esta possa atingir um nível de qualidade superior.
Tratamento termoquímico
É o conjunto de operações de aquecimento e resfriamento a que são submetidos os materiais, sob condições controladas de temperatura, tempo, atmosfera e velocidade de resfriamento com objetivo de alterar as propriedades mecânicas como dureza, maleabilidade, aspecto visual e composição química. Basicamente, tratamentos termoquímicos são os tratamentos térmicos baseados em processos que, além de evolver calor, existe a adição de elementos químicos na superfície do aço.
Os tratamentos termoquímicos podem ser subdivididos em:
• Nitretação; • Cementação; • Cianetação; • Carbonetação; • Boretação.
Nitretação: Neste método, nitrogênio é difundido na camada superficial em temperaturas abaixo da formação da austenita, em geral na faixa de 495 a 575ºC. O resultado é a formação de nitretos complexos de alta dureza pela combinação do nitrogênio com elementos de liga do aço.
Nitretação gasosa é a forma mais comum do método. Na temperatura do processo, a amônia é dissociada conforme reação 2 NH3 → 2 N + 3 H2. O nitrogênio se difunde na superfície das peças e o hidrogênio é exaurido pela saída de gás. A camada de nitretos apresenta dureza maior que a dos aços para ferramentas e aços cementados. Os mais usados para nitretação são aços-liga contendo cromo e molibdênio. Valores típicos de dureza estão na faixa de 55 a 70 HRC em camadas de 0,15 a 0,5 mm. Além do aumento da dureza e, por conseqüência, da resistência ao desgaste, as peças submetidas à nitretação apresentam melhoras na resistência à corrosão e à fadiga. Esta última ocorre em razão das tensões residuais de compressão da camada. Devido à menor temperatura, as peças têm menos deformação que as cementadas. Não há necessidade de tratamento térmico posterior. Há formação de uma fina camada branca na superfície, que deve ser removida em aplicações críticas. A nitretação em dois estágios pode impedir a formação da mesma. A nitretação a gás, entretanto é um processo lento. Nitretação líquida usa sal fundido de forma similar à cementação líquida do tópico anterior. Devido à menor temperatura, a difusão do nitrogênio é predominante. Uma mistura típica de sais para essa finalidade é cianeto de sódio com pequenas proporções de carbonato de sódio e cianato de sódio. Naturalmente, problemas de segurança e de ambiente estão presentes como na cementação líquida. Carbo-nitretação consiste em difundir simultaneamente carbono e nitrogênio na superfície do aço. São usados gases da cementação gasosa (propano, gás do gerador) e amônia em temperaturas na faixa de 760 a 870ºC. Normalmente, há necessidade de têmpera posterior. A dureza obtida não é tão alta quando à da nitretação. Valores comuns são de 60 a 65 HRC em camadas de 0,1 a 0,8 mm. Uma vantagem é a possibilidade do uso de aços-carbono ou aços-liga com baixos teores de liga. A deformação das peças é menor que a da cementação.
Cementação É certamente o método mais antigo para endurecimento superficial de aços. Dados históricos revelam que tem sido usado desde a época do Império Romano. Basicamente, o processo consiste em aumentar o teor de carbono em uma fina camada na superfície da peça e posterior tratamento de têmpera e revenido. Assim, se o aço é de baixo carbono, apenas a camada superficial é endurecida e o interior mantém as características de ductilidade e tenacidade. Isso proporciona uma combinação das propriedades desejáveis de resistência ao desgaste e estabilidade estrutural. A difusão é feita pelo carbono fornecido por algum meio, em temperaturas nas quais ela possa ocorrer. Normalmente na faixa da austenita, de 840 a 1000ºC. A espessura da camada cementada varia com a temperatura e o tempo de tratamento. O gráfico da Figura dá exemplo aproximado de duas curvas típicas. Em geral, a profundidade máxima usada está perto de 1,2 mm e o teor de carbono na superfície está na faixa de 0,8 a 1,0%.
Cementação sólida a peça é envolvida em uma mistura de carvão vegetal granulado e reagente. Um meio adequado, como uma caixa, mantém o conjunto que recebe aquecimento. Um reagente usual é o carbonato de bário, que se decompõe e libera o dióxido de carbono: BaCO3 → BaO + CO2. Há também formação a partir do carvão: C + O2 → CO2. E o dióxido reage com o carbono, CO2 + C → 2 CO. O monóxido de carbono reage com o ferro: 2 CO + 3 Fe → Fe3C + CO2. A cementação sólida tem, entre outros, os aspectos positivos da simplicidade, do baixo custo dos dispositivos e materiais, da menor tendência ao empenamento devido ao apoio integral da peça no meio sólido. Entretanto, é um método pouco prático para produção em larga escala, tem pouca flexibilidade, não há controle preciso de temperatura e profundidade da camada. Cementação gasosa o carbono é fornecido por um gás de hidrocarboneto como propano, etano, metano. O propano é provavelmente o mais usado. Em geral, o gás é parcialmente oxidado em um dispositivo denominado gerador para produzir uma atmosfera de CO e H2 que é fornecida ao forno. Em relação à cementação sólida o processo apresenta vantagens claras, como ambiente limpo, controle preciso das condições, menor tempo, etc. Entretanto, o custo dos equipamentos é alto e exige operação mais especializada pois há uma variedade de parâmetros a controlar. Cementação líquida, as peças são imersas em um banho de sal fundido, em temperaturas na faixa de 840 a 955ºC. Ocorre uma série (aqui não citada) de reações químicas que resultam na difusão superficial do carbono. Um dos sais mais usados é o cianeto de sódio (NaCN). A cementação líquida requer um tempo (1 a 4 h) significativamente menor que os processos anteriores. O controle é preciso e há menor tendência ao empenamento. Entretanto, o trabalho com esses sais exige cuidados especiais de segurança / proteção ambiental e são onerosos o tratamento e a disposição final dos resíduos.
Cianetação: também chamada de carbonetação líquida, consiste no aquecimento do aço acima da temperatura critica Ac1, num banho de sal cianeto, resfriado em meio liquido. • Baixo custo; • Camada resistente ao desgaste; • Aplicada a aços carbono de baixo teor. Carbonetação: consiste em submeter o aço a uma temperatura elevada, geralmente acima da crítica, numa atmosfera que possa fornecer carbono e nitrogênio simultâneos. • Melhor temperabilidade que camada cementada; • Baixo custo; • Aplicada a aços carbono de baixo teor. Boretação: é um processo por difusão de boro, que emprega um meio sólido de um composto de boro e um ativador. O composto fornece o metal, enquanto o ativador acelera a formação de camada superficial. • Pode ser aplicada aços de baixo e alto teor de carbono; • Alta dureza superficial.
