Cementao a vácuo

8/4/2019 Cementao a vcuo

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Cementao vcuo

Faculdade de Engenharia de Sorocaba

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Carlos Eduardo Dantas 090443Csar Henrique Carvalho Silva 091743

Edvaldo Andrade Santos 091703Lais Daiane Santana 090495Laura Massagardi 090627

Lucas Armelim Rosa 091025Luiz Henrique de Moraes Assano 091802

Rafael Marcolino da Silva 091735Tiago Lacerda Campagnolo 090926


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Contedo: 1. Introduo ............................................................................................................................. 51.1. Introduction ....................................................................................................................... 52. Cementao ........................................................................................................................... 6

3. Cementao vcuo .............................................................................................................. 73.1. Peas que necessitam do Processo Cementao a Vcuo ................................................. 83.2. Fornos utilizados no processo de cementao a vcuo ................................................... 104. Tratamento trmico aps a cementao .............................................................................. 115. Custo ................................................................................................................................... 126. Aspectos ambientais ............................................................................................................ 127. Segurana ............................................................................................................................ 128. Concluso ............................................................................................................................ 139. Bibliografia ......................................................................................................................... 14

Lista de figuras:

Figura 1- Penetrao do carbono em funo do tempo e temperatura .......................................... 6Figura 2 - microestrutura de camadas cementada ......................................................................... 7Figura 3 - ciclo tpico de cementao e tmpera em processo a vcuo ......................................... 8Figura 4 - Exemplo de aplicao ................................................................................................... 9Figura 5 - aos indicados para cemetao ................................................................................... 10Figura 6 - esquema de funcionamento de um forno .................................................................... 10Figura 7 - forno contnuo para cementao a vcuo ................................................................... 11Figura 8 - forno para cementao a vcuo .................................................................................. 11


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Mais vale a lgrima de uma derrota do que a vergonha de no ter

lutado

. Bob Marley


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1. IntroduoO processo de cementao a vcuo classificado como um tratamento termoqumico,

cujo qual, busca um endurecimento superficial atravs de modificaes da composio qumica

e da microestrutura superficial. Sua aplicao tem como objetivo o aumento da dureza e daresistncia ao desgaste de uma camada superficial, mantendo a microestrutura do ncleo dctil etenaz. A cementao a vcuo consiste na difuso de tomos de carbono a partir da superfcie poruma atmosfera ausente de oxignio e rica carbono a uma temperatura em que o ao estaustentico, formando uma camada superficial de alta dureza e resistente a abraso, devido aoaumento do teor de carbono na superfcie do material. O carbono difunde continuamente pelomaterial criando um perfil de composies que varia com o a profundidade da camada e dotempo, mantendo-se um ncleo dctil, com o objetivo de promover alteraes de propriedadesmecnicas dos mesmos.

Palavras chaves: cementao a vcuo, tratamento termoqumico, endurecimento superficial,difuso de tomos de carbono.

1.1. IntroductionThe process of vacuum carburizing is classified as a thermo chemical treatment, which,

seeks a superficial hardening through modifications of chemical composition and superficialmicrostructure. Its application aims to increase the hardness and wear resistance of a superficiallayer, keeping the microstructure of the nucleus ductile and tenacious. The vacuum carburizingconsist in the diffusion of carbon atoms from the surface for an atmosphere absent of oxygen

and carbon rich to a temperature which steel is austenitic, forming a superficial layer of highhardness and abrasion resistant, due to increase the carbon drift on the materials surface. Thecarbon spreads continually through the material creating a profile of compositions that varieswith the layer deepness and time, maintaining a ductile nucleus, aim to promote changes inmechanical properties of them.

Keywords: vacuum carburizing, thermo chemical treatment, hardening surface, diffusion of carbon atoms.


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2. CementaoA cementao um tratamento termoqumico que promove o enriquecimento de

carbono nas superfcies de ao moles, isto , com baixa porcentagem de carbono. O objetivo formar uma camada deste elemento que, sendo posteriormente submetida ao tratamento detmpera, ir agregar caractersticas de resistncia ao desgaste e elevada dureza superficial apeas que originalmente apresentam principalmente ductilidade e tenacidade, em vista do teorde carbono de sua composio qumica.

importante salientar que a cementao apenas introduz carbono na superfcie do ao,sendo necessrio o tratamento de tmpera para o endurecimento da camada formada, e ascaractersticas iniciais so mantidas no ncleo do material, proporcionando uma combinao depropriedades amplamente aplicadas na fabricao de peas e dispositivos, como engrenagens,eixos, guias, pistas de rolamentos, entre outros.

Neste tratamento, o ao aquecido at a temperatura de austenitizao, pois nessa faseque apresenta melhor solubilidade do carbono, e mantido em certo tempo, de acordo com aprofundidade que se deseja atingir. Essa temperatura pode variar, mas aproximadamente estentre 900C a 950C.

O grfico abaixo demonstra a influncia da profundidade da camada de carbonoformada em relao a temperatura e ao tempo.

Figura 1- Penetrao do carbono em funo do tempo e temperatura

Alm da temperatura e do tempo, tambm controlado o potencial de carbono durante otratamento trmico. Para isso, pode ser utilizado um aparelho conhecido como medidor de pontode orvalho, por exemplo.

Fonte: Livro Tecnologia Mecnica, volume III, Chiaverini


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Figura 2 - microestrutura de camadas cementada

A cementao tem fontes de carbono variadas, de acordo com a fonte utilizada, classificada como cementao slida, lquida ou gasosa.

A cementao lquida tem como fonte de carbono um meio lquido: utilizado sal

fundido. Na slida, tambm conhecida como cementao em caixa, a substncia fornecedora decarbono um slido, granulado de carvo, por exemplo. J a cementao gasosa utiliza gasescomo fonte de carbono, pode ser propano, butano, etano; em geral podem ser utilizadosderivados dos hidrocarbonetos.

Outro tipo de cementao, um tratamento relativamente recente, chamadocementao vcuo ou cementao sob vcuo, assunto que ser abordado a seguir. considerado novo em vista de sua introduo como tratamento junto aos demais ter ocorrido nosanos 70.

3. Cementao vcuoNa cementao vcuo, a pea colocada no forno, e o tratamento realizado sob

vcuo. A temperatura elevada e fica entre aproximadamente 925C e 1040C, faixa detemperatura na qual a fase presente a austenita e, como visto anteriormente, fase que apresentamaior capacidade de solubilizao do carbono, promovendo rapidamente a difuso do mesmo. nessa temperatura que ocorre a introduo de gases como fontes carbonceas, so utilizados oshidrocarbonetos, assim como no tratamento de cementao gasosa: propano, butano, etano,entre outros. A quantidade depende da rea a ser cementada, do teor de carbono desejado etambm da profundidade da camada que se quer obter.

O gs que introduzido no forno entra em contato com a pea e desprende vapor decarbono, que, depositado na superfcie, absorvido at que chegue ao limite de saturao, isto ,a quantidade mxima de carbono que pode ser absorvida, em funo da temperatura.

Ento, o gs pra de ser despejado no forno e inicia-se a segunda parte do tratamento,que a difuso, propriamente dita, do elemento na pea em cementao. nesse momento queir ser definida a profundidade da camada, quanto mais tempo, maior ser a difuso do carbono,maior ser a camada formada.

Esse tratamento reduz a ocorrncia de oxidaes e melhora a uniformidade da camadaem toda a superfcie, bem como a distribuio do carbono.


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Uma vantagem do tratamento de cementao vcuo seguida de tmpera gs, queutiliza gases como meio de resfriamento, quando comparado ao tratamento de cementaogasosa convencional seguido de tmpera cujo meio de resfriamento o leo, se deve ao fato deque as peas no necessitam de desengraxe, jateamento, decapagem ou lavagem posterior,tornando o processo mais limpo e com menor gerao de resduos.

Figura 3 - ciclo tpico de cementao e tmpera em processo a vcuo

3.1. Peas que necessitam do Processo Cementao aVcuoEsse processo como os outros tipos de cementao utilizado em peas que necessitam degrande resistncia ao desgaste, porm com uma ductilidade em seu interior, tais como:engrenagens, eixos, guias, cremalheiras, cubos, etc.


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Figura 4 - Exemplo de aplicao

Os aos de granulao fina exigem normalmente uma nica operao de tmpera, a qual podeser realizada diretamente da temperatura de cementao.

A tabela a seguir indica os aos ideais para cementao:


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Figura 5 - aos indicados para cemetao

3.2. Fornos utilizados no processo de cementao a

vcuoOs fornos para o processo de cementao a vcuo possuem os seguintes aspectos estruturais:parte de uma cmara ou cmaras mltiplas, com protetores de calor (resfriadores de gua);geralmente so feitos de placas de grafite ou outro tipo de material para altas temperaturassuperiores a 1000;

deve possuir sistema de bomba de vcuo;

controlador de presso;

aquecimento por gs com ventilao forada;

sistema de controle e sistema de resfriamento.

Figura 6 - esquema de funcionamento de um forno

Os fornos mais modernos permitem trabalhos com at 20 bar de presso e uma carga de at 400kg.


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Figura 7 - forno contnuo para cementao a vcuo

Figura 8 - forno para cementao a vcuo

4. Tratamento trmico aps a cementaoComo visto anteriormente, a cementao em si no promove o endurecimento da

superfcie do ao, apenas enriquece-a com carbono, tornando a camada superficial do materialmais adequada ao processo seguinte: a tmpera. o tratamento de tmpera que propiciar aspropriedades almejadas: a dureza superficial e conseqente resistncia ao desgaste.

Como o ncleo da pea permanece com as caractersticas iniciais de maleabilidade eductilidade, e a superfcie adquire elevada dureza, observam-se duas sees distintas: uma partecom alto teor de carbono e, portanto, alta temperabilidade; e outra parte com baixo teor decarbono e, dessa maneira, com menor facilidade de ser temperada. Isso significa que o ncleo ea superfcie da pea podero apresentar resultados diferentes ao serem submetidos ao tratamentode tmpera.

A tmpera pode ser aplicada de trs formas principais:


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-tmpera direta : o ao temperado imediatamente aps ter sido cementado;

-tmpera simples : aps a cementao, o ao resfriado ao ar, e ento, aquecidonovamente e temperado;

-tmpera dupla: so realizadas duas tmperas: a primeira atinge o ncleo e a segunda,aplica-se a camada cementada.

5. CustoApesar de todos os processos de cementao j descritos serem utilizados com a finalidade deendurecimento superficial e manuteno da ductilidade e tenacidade do interior da pea, oscustos inerentes a esses processos podem variar muito, de acordo com o tratamento decementao utilizado.

A cementao a vcuo apresenta um custo mais elevado quando comparada com a cementao

slida ou lquida, contudo, sua relao custo-benefcio tem mostrado a grande vantagem desteprocesso, sobretudo pela notvel reduo de resduos resultante desse tratamento, o que impactapositivamente sobre o meio ambiente. Portanto, de se esperar, num futuro prximo, umapreferncia para este processo que pode passar a apresentar, conseqentemente, um custo menorquando comparado aos valores de hoje.

6. Aspectos ambientaisOs principais gases utilizados no processo de cementao vcuo possuem as seguintescaractersticas quanto aos aspectos ambientais:

Metano : Por se tratar de um gs, este no fornece risco ao meio ambiente j que ele dispersa-serapidamente no meio ambiente.

Propano: Dispersa-se facilmente no meio ambiente, porm deve-se tomar cuidado, j que napresena de oxignio, inflamvel.

Acetileno: Mesmas caractersticas dos gases citados acima.

7. Segurana

Por se tratar de um trabalho onde altas temperaturas esto envolvidas, rudos elevados para osoperadores dos fornos tornam-se obrigatrio a utilizao de EPIs para alta temperatura.

Podemos citar como itens de segurana:

culos de proteo; Protetor auricular; Luvas de alta temperatura; Aventais de alta temperatura.

Estes itens conferem aos operadores, uma segurana em relao elementos que possam se

projetar para a face e conseqentemente causar danos aos olhos, o rudo que pode causar surdez


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devido a elevado tempo de exposio e tambm a queimaduras, j que as peas saem dos fornosquentes.

Quanto ao vazamento dos gases, devem-se utilizar mscaras com linha de oxignio em caso deemergncia em locais fechados, j que estes gases possuem caractersticas de asfixiantes

simples.Todos eles so inflamveis na presena de ar ou elementos oxidantes e em caso de

incndios, extintores de CO2, p qumico ou gua devem ser utilizados para a extino do fogo.

8. ConclusoConclui-se que os objetivos da cementao a vcuo, assim como dos outros tipos decementao, tambm consiste em aumentar a dureza superficial por meio de difuso de carbononas camadas externas da pea, fazendo com que o processo seja seguido de um tratamentotrmico de tmpera dos aos que geralmente possuem uma porcentagem de concentrao decarbono mais reduzida e que necessitam de uma resistncia maior ao desgaste. Estes, por outrolado, tambm devem apresentar uma considervel ductilidade em seu ncleo, devido aosesforos solicitantes torcionais.

Em comparao com os outros tipos de cementao (slida, lquida e gasosa) a cementao avcuo se apresenta como um mtodo muito eficiente, alm do fato de que aps esse processo, aspeas cementadas j se encontram limpas e secas, o que normalmente no observado emoutros processos nos quais, aps o tratamento trmico, ainda so necessrios desengraxe,lavagem da pea, decapagem ou mesmo jateamento para a retirada dos resduos, tais como sais,leos e etc.

Com relao aos custos, percebe-se que a cementao a vcuo apresenta um valor mais elevadoem oposio as outras formas de cementao, o que, em um futuro prximo, certamente serreduzido, principalmente pela grande vantagem de que a cementao a vcuo torna o processomais limpo e com menor gerao de resduos, refletindo assim, num aspecto extremamentepositivo para o meio ambiente.


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9. Bibliografia

Internet:

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Livros:Chiaverini, Vicente; Tecnologia Mecnica- Processos de Fabricao e Tratamento,

Volume III, 2 Edio, So Paulo

Chiaverini, Vicente. Aos e ferros fundidos. 7. Ed, SP: ABM, 2005.
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