Cementao e NITRETAO
AlexandreAugustoAndersomJohn Cementao e NITRETAO O processo de
endurecimento superficial de cementao o mais utilizado atualmente,
e tem permanecido praticamente inalterado ao longo do tempo. Este
processo geralmente utilizado na produo de pistas e roletes de
rolamento, engrenagens, buchas e juntas homo cinticas. O mtodo
consiste essencialmente no aquecimento da pea envolta em um meio
rico em carbono, fazendo com que o carbono difunda para o interior
aumentando o teor de carbono da camada superficial. CEMENTAO
Como o processo envolve a difuso do carbono, necessrio que se d
o tempo necessrio para que isto ocorra. Tempos crescentes propiciam
maiores espessuras das camadas cementadas. Alguns fatores exercem
influncia tanto na espessura da camada cementada como na
profundidade do endurecimento.
A velocidade de difuso do carbono no ao est estreitamente ligada
temperatura. Quanto maior a temperatura menor o tempo que a pea ter
que permanecer no forno. Estes dados referem-se ao ao no estado
austentico, e somente neste estado teremos solubilidade do carbono
suficiente para chegar aos percentuais utilizados na camada
superficial de peas cementadas. O limite inferior de temperatura
para o processo est condicionado austenitizao do ao e o limite
superior est condicionado ao crescimento do gro. Como quanto maior
o tamanho de gro menor a tenacidade do material, este efeito se
torna indesejado. Para peas menos solicitadas de menor
responsabilidades podemos utilizar temperaturas mais altas, mas,
para peas mais solicitadas devemos utilizar temperaturas mais
baixas, a menos que se faa um tratamento trmico posterior para
corrigir o problema. A TEMPERA A difuso do carbono tambm
influenciada pelo tempo em que a pea fica na temperatura de
tratamento. A profundidade atingida no processo proporcional raiz
quadrada do tempo. Isto quer dizer que mediada em que desejarmos
profundidades maiores, maior ser o tempo de tratamento e a cada vez
que dobrarmos a espessura de cementao o tempo multiplicado por 4
aproximadamente. Como podemos ver quanto maior a profundidade que
se queira maior ser a consumo de energia e a ocupao do equipamento,
fazendo com que este processo se torne antieconmico para camadas de
profundidade muito grande. Em geral na prtica esta espessura est
limitada a 2,5 mm o que j d um tempo de cementao de aproximadamente
25 h a uma temperatura de 925o C. TempoCementao em caixa: um mtodo
de fcil execuo, no necessitando de equipamento sofisticado. Neste
processo so utilizados como fonte de carbono materiais slidos
temperatura ambiente, embora todas as reaes que ocorrem durante a
cementao sejam gasosas. As peas so colocadas em uma caixa metlica e
envoltas pela mistura cementante normalmente composta de uma fonte
de carbono, carvo vegetal, coque ou osso e um ativador: carbonato
de brio ou carbonato de sdio. O ativador contribui para aumentar a
velocidade de fornecimento do CO. Essa cementao geralmente levada a
uma temperatura entre 850 e 950C, com a vantagem de ter um
enriquecimento superficial de carbono mais rpido e um gradiente de
carbono entre a superfcie e o centro mais gradual. Processos de
cementao:
A profundidade de penetrao do carbono pode atingir 2mm ou mais.
O processo pode utilizar vrios tipos de fornos, no exige atmosfera
protetora, diminui a tendncia ao empenamento das peas por elas
estarem sustentadas na mistura carbonizante slida. Porm, no
recomendvel para camadas cementadas muito finas, no permite um
controle rigoroso do teor de carbono, no indicado para tmpera
direta, pois a melhor tcnica consiste em tirar as caixas do forno e
deix-las resfriar ao ar.
Este processo permite melhor controle do teor de carbono e da
espessura da camada cementada e mais rpido. Mas as reaes so mais
complexas exigindo maiores controles. um processo que se
popularizou nas ultimas dcadas devido a evoluo dos fornos de
tratamento e dos mtodos de anlises qumicas. So utilizados gases
como fontes de carbono, que podem ser gases naturais ou gases
manufaturados, tais como monxido e carbono e metano. A mistura
adequada desses gases ir permitir controlar o potencial de carbono
na superfcie do ao.
Cementao gasosa
Este processo rpido e limpo. Permite maiores profundidades de
cementao, protege eficientemente as peas contra corroso e
descarbonetao, elimina praticamente o empenamento, possibilita
melhor controle do teor de carbono, possibilita a cementao
localizada, visto que as peas so mergulhadas suspensas no banho de
sal. Contudo, os fornos de banho de sal para cementao lquida exigem
exausto, porque os cianetos a altas temperaturas podem ser
venenosos; alm disso, o banho de sal deve ser protegido com uma
cobertura obtida pela adio de grafita de baixo teor em slica no
banho fundido.
Cementao lquida
As peas so introduzidas no forno, onde se processa o vcuo. Em
seguida, a temperatura elevada entre 925 a 1040C, em que a
austenita fica rapidamente saturada de carbono. Introduz-se, um
fluxo controlado de hidrocarbonetos gasosos (metano, propano, ou
outro gs) em quantidade que depende da carga, da rea das superfcies
a serem cementadas, do teor de carbono desejado e da profundidade
de cementao. O gs, ao entrar em contato com a superfcie do ao,
desprende vapor de carbono, depositando uma camada muito fina de
carbono na superfcie do material. Esse carbono absorvido pelo ao,
at o limite de saturao. Cementao sob vcuo
O fluxo de gs interrompido, e as bombas de vcuo, que esto
operando durante todo o processo, retiram o excesso de gs. Comea a
segunda fase do processo, ou o chamado ciclo de difuso controlada,
atingindo os desejados teores de carbono e de profundidade da
camada cementada. As peas assim cementadas so menos suscetveis
formao de xidos, microfissuras, descarbonetao e outros
defeitos.
um processo que a exemplo da cementao tambm altera a composio da
camada superficial do ao. Ao contrrio da cementao, a camada
nitretada no necessita ser temperada, pois os nitretos que se
formam j possuem dureza elevada. Com isso no h empenamento. Alm
disso, a nitretao feita na faixa de temperatura entre 500 e 600 C,
diminuindo a possibilidade de empenamentos por transformao de fase.
Entre as vantagens da nitretao podemos citar as seguintes: alta
dureza com alta resistncia ao desgaste; alta resistncia fadiga e
baixa sensibilidade ao entalhe; melhor resistncia corroso e alta
estabilidade dimensional.
NITRETAO
Em princpio qualquer ao pode ser cementado, entretanto, a
composio poder fazer variar a dureza final da camada nitretada,
como o caso de aos que possuem alumnio, cromo, vandio e molibdnio
que apresentam uma dureza final maior. A camada nitretada tem menor
espessura do que a cementada, raramente ultrapassando 0,8 mm caso
contrrio os tempos seriam muito grandes o que torna o mtodo
antieconmico. H dois processos de nitretao:
Neste processo utilizada amnia que injetada no forno aquecido
geralmente a 510 C. Nesta temperatura a amnia se dissocia de acordo
com a seguinte equao: 2NH3 2N + 3H2 Esta reao libera nitrognio
atmico que difunde para o ao,os tempos de tratamento variam entre
12 e 120 horas. Um dos inconvenientes alm do tempo e em funo da sua
prpria demora, o crescimento que o material sofre enquanto
submetido ao tratamento. Esse fato deve ser levado em conta na
usinagem que so submetidas as peas antes da nitretao. Na nitretao a
gs, a espessura nitretada raramente ultrapassa a 0,8mm e a dureza
superficial obtida da ordem de 1000 a 1100 vickers.
Nitretao a gs um banho semelhante ao utilizado na cementao
lquida. Neste banho teremos, cianeto de sdio ou potssio, carbonato
de sdio ou potssio e cloreto de potssio ou de sdio. Este banho
contm entre 30 e 40% de cianeto. Normalmente a temperatura
utilizada situa-se entre 550 e 570 C. Nesta temperatura no ocorre a
reao de cementao e, portanto teremos apenas a adio de nitrognio ao
ao. Os tempos so curtos, entre uma e 4 horas. As camadas so
geralmente menos espessas que na nitretao a gs. As propriedades
obtidas so semelhantes s obtidas na nitretao a gs. Neste
conseguem-se melhores propriedades de fadiga. Finalmente enquanto
na nitretao a gs os aos devem possuir certos elementos de liga (em
particular alumnio e cromo), qualquer tipo de ao, simplesmente ao
carbono ou ligado, podem ser nitretados em banho de sal. Nitretao
lquida:
