Cesar Edil da Costa e Eleani Maria da Costa 1 O resfriamento O resfriamento é é temporariamente interrompido, temporariamente interrompido, criando um criando um passo isot passo isot é é rmico rmico , , no qual toda a pe no qual toda a pe ç ç a a atinga atinga a a mesma temperatura. A seguir o mesma temperatura. A seguir o resfriamento resfriamento é é feito lentamente feito lentamente de forma que a de forma que a martensita martensita se se forma uniformemente atrav forma uniformemente atrav é é s s da pe da pe ç ç a. A ductilidade a. A ductilidade é é conseguida atrav conseguida atrav é é s de um s de um revenimento revenimento final. final. MARTEMPERA MARTEMPERA
Transcript
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MARTEMPERA E AUSTEMPERAMARTEMPERA E AUSTEMPERA
alternativas para evitar distorções e trincas
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CEMENTAÇÃO
NITRETAÇÃO CIANETAÇÃOCARBONITRE-
TAÇÃO
BORETAÇÃO
ADIÇÃO DE C ADIÇÃO DE NADIÇÃO DE
C E NADIÇÃO DE
C E NADIÇÃO DE B
SólidaLíquidaGasosaPlasma
LíquidaGasosaPlasma Líquida Gasosa Sólida
T proc.= acima da temp. crítica(850-950 °C)
seguido de temperaDureza:~65HRC
Camada: até10 mm
T proc.= abaixoda temp. crítica
(500-600°C)Dureza:~1000-
1100HVCamada: até
1 mm
T proc.= 650-850 °C seg. tempera
Camada: de 0,1a 0,3 mm
T proc.=(700-900 °C)
Seguido de temperaCamada:até 7 mm
T proc.=(900 °C)Dureza:
~700-2000HVCamada: 4 h
produz 100 mícrons
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Têmpera diretaSimplicidade. Não requer aquecimentos subsequentes nem proteção contra descarbonetação.Tendência a apresentar austenita retida no caso dos aços ligados. O núcleo fica totalmente endurecido
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Têmpera simples da camada cementada com resfriamento lento após a cementaçãoAlém de conferir a camada cementada a dureza desejada, permite a obtenção de núcleos com diferentes teores de resistência e tenacidade, segundo a temperatura de têmpera adotada. Temperaturas de têmpera mais elevadas produzirão núcleos mais resistentes e menos tenazes.Requer um aquecimento adicional até a temperatura de têmpera em meio que proteja a peça contra descarbonetação. Favorece a ocorrência de deformações, acentuando-se essa tendência para temperaturas mais elevadas
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Têmpera dupla,com resfriamento lento após a cementação: Reduz a ocorrência de austenita retida. É o ciclo que possibilita o maior refino de grãos do núcleo de da camada cementada. Requer dois aquecimentos adicionais até as temperaturas de têmpera em meio que proteja a peça contra descarbonetação. Favorece a ocorrência de deformações pelas sucessivas sequênciasdeaquecimento e resfriamento
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A A nitretanitretaççãoão éé um tratamento termoquum tratamento termoquíímico que visa o endurecimento mico que visa o endurecimento superficial pela difusão de nitrogênio e conseqsuperficial pela difusão de nitrogênio e conseqüüente formaente formaçção de ão de nitretosnitretos..
A A nitretanitretaççãoão éé realizada em temperaturas abaixo do campo realizada em temperaturas abaixo do campo austenaustenííticotico e e não não éé necessnecessáário um tratamento rio um tratamento subsequentesubsequente de têmpera para aumento de têmpera para aumento de dureza.de dureza.
As principais caracterAs principais caracteríísticas da sticas da nitretanitretaççãoão são:são:
aumento da dureza superficial;aumento da dureza superficial;
aumento da resistência ao aumento da resistência ao desgastedesgaste
aumento da resistência aumento da resistência àà fadiga efadiga e
aumento da resistência aumento da resistência àà corrosão de acorrosão de açços convencionais (não os convencionais (não inoxidinoxidááveis).veis).
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NITRETANITRETANITRETANITRETAÇÇÇÇÃOÃOÃOÃO
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Adicionalmente, a Adicionalmente, a nitretanitretaççãoão provoca menores distorprovoca menores distorçções e deformaões e deformaçções ões que outros tratamentos superficiais, devido ao emprego de temperque outros tratamentos superficiais, devido ao emprego de temperaturas aturas mais baixas.mais baixas.
Os melhores resultados são obtidos em componentes fabricados coOs melhores resultados são obtidos em componentes fabricados com m aaçços (com teores de C entre 0,2 e 1,2%) contendo elementos de ligaos (com teores de C entre 0,2 e 1,2%) contendo elementos de ligaformadores de formadores de nitretosnitretos (alum(alumíínio, cromo, vannio, cromo, vanáádio, tungstênio e dio, tungstênio e molibdênio). Outros elementos como molibdênio). Outros elementos como NiNi, Cu, Si e Mn possuem pequeno , Cu, Si e Mn possuem pequeno ou nulo efeito sobre as caracterou nulo efeito sobre as caracteríísticas da camada sticas da camada nitretadanitretada. A. Açços os contendo 0,85 a 1,5% de Al apresentam os melhores resultados de contendo 0,85 a 1,5% de Al apresentam os melhores resultados de resistência ao desgaste. Estes aresistência ao desgaste. Estes açços são conhecidos como os são conhecidos como ““nitralloysnitralloys””..
A A nitretanitretaççãoão pode ser realizada por três processos:pode ser realizada por três processos:
NITRETANITRETANITRETANITRETAÇÇÇÇÃO: ÃO: ÃO: ÃO: NITRETAÇÃO A GÁS
O meio nitretante é gasoso, composto, basicamente, por amônia (NH3).A reação global do processo é dada por:
2 NH3 → 2 N + 3 H2A temperatura de nitretação gasosa para todos os aços está entre 495 e
565ºC.Os aços temperados e revenidos são tratados antes da nitretação, sendo
que a temperatura mínima de revenimento deve ser 30ºC superior àtemperatura de nitretação.Antes de serem nitretados, os componentes são submetidos a uma
limpeza desengraxante com vapor.Os tempos de tratamento variam entre 10 h e 100 h e as profundidades
de camada típicas estão entre 0,05 mm à 0,5 mm.Existem duas práticas de nitretação gasosa:Estágio único – em que os componentes são tratados em temperaturas
entre 495ºC e 525ºC e é formada uma camada dura e frágil de nitretos na superfície, denominada camada branca.Duplo estágio (processo Floe) – tem como objetivo reduzir a espessura
de camada branca formada no primeiro estágio.
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NITRETANITRETANITRETANITRETAÇÇÇÇÃO: ÃO: ÃO: ÃO: NITRETAÇÃO A GÁS
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NITRETANITRETANITRETANITRETAÇÇÇÇÃO: ÃO: ÃO: ÃO: NITRETAÇÃO LÍQUIDA OU EM BANHO DE SAL
As aplicações dos processos de nitretação gasosa e líquida são muito similares. O processo gasoso é recomendado para camadas mais espessas e aplicações em que a camada branca não é desejada pois oferece a opção de nitretação de duplo estágio.Como na nitretação gasosa, os aços submetidos à nitretação líquida são aços com teores de carbono entre 0,1 e 1,3% de C, podendo apresentar microestruturas ferríticas, perlíticas, bainíticas ou martensíticas. Os melhores resultados de resistência ao desgaste são obtidos com aços “nitralloys” (contendo Al e Cr).
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NITRETANITRETANITRETANITRETAÇÇÇÇÃO: ÃO: ÃO: ÃO: NITRETAÇÃO LÍQUIDA OU EM BANHO DE SAL
O meio nitretante é um banho de sal fundido à base de cianetos, operado em temperaturas entre 510 e 580ºC.Microestrutura de um componente fabricado em aço baixo carbono após nitretação líquida
Componente Composição [%]Cianeto de sódio (NaCN) 60 a 70Cianeto de potássio (KCN) 30 a 40Carbonatos, cianatos e aditivos até 10
Desvantagens do processoAssim como o processo de cementação em banho de sal, os banhos de nitretação apresentam cianetos de sódio e potássio, exigindo cuidados especiais de manuseio, operação e descarte destes sais.
Consiste em um processo sob vácuo (pressão entre 1 a 10 torr) no qual a introdução de nitrogênio na superfície do metal éobtida pelo plasma gerado pela alta tensão entre a carcaça do forno e as peças a serem tratadas. Esta diferença de potencial ioniza o gás à base de nitrogênio formando íons N3+, que são acelerados em direção a superfície das peças.Características:O processo de nitretação iônica, em comparação ao processo de nitretação gasosa, apresenta um controle mais preciso do potencial de nitrogênio na superfície do metal. Por meio deste controle é possível selecionar a camada branca ε (Fe2-3N) ou γ (Fe4N) ou, ainda, evitar completamente a formação de camada branca..
O processo de nitretação iônica vem substituindo a carbonitretaçãogasosa devido ao melhor controle dimensional das peças tratadas e a minimização ou eliminação da usinagem final após o tratamento.A microestrutura inicial influencia no perfil de dureza após a nitretação. A microestrutura de martensita revenida nos aços-liga apresenta os melhores resultados.
Informações operacionais:As temperaturas de operação estão entre 375 e 650°C.O gás de processo é uma mistura de N2, H2 e, em alguns casos, pequenas quantidades de metano (CH4). O H2 tem o papel de ajustar o potencial de nitrogênio (balanço da composição).Após o aquecimento da carga, o gás de processo é admitido com uma vazão previamente calculada com base na área total das peças á serem tratadas.A pressão é normalmente regulada entre 1 e 10 torr.O resfriamento é realizado com a recirculação do gás de processo ou N2.Aplicações:
A dureza após a nitretação depende da presença de elementos de liga formadores de nitretos. Os aços mais empregados são da série "nitralloys" e possuem em sua composição aproximadamente 1%Al e 1-1,5%Cr.Outras aplicações envolvem o uso aços-liga contendo Cr, aços inoxidáveis, aços ferramentas, componentes obtidos por metalurgia do pó e ferros fundidos.
Variante de baixo custo do processo de nitretação gasosa em que ocorre a difusão simultânea de C e N para a superfície do metal.O gás admitido no forno consiste de misturas com diferentes proporções de amônia e gás natural ou metanol.O processo é realizado em aços aquecidos em temperaturas da ordem de 570°C.Os tempos de tratamento variam entre 1 h a 3 h.A profundidade de camada endurecida varia entre 0,07 e 0,2 mmAs aplicações da carbonitretação são mais limitadas que os processos de cementação e/ou nitretação.
Normalmente a carbonitretação é aplicada emcomponentes de baixa responsabilidade submetidos a situações de desgasteleves. Os exemplos típicos são componentes de eletrodomésticos (como lâminas,eixos, engrenagens etc.)Existem diversas variantes do processo de carbonitretação:NitemperProcesso Alnat-NNitrocarbonetação negraNitrocarbonetação austeníticaNitrocarbonetação via plasma
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BORETABORETABORETABORETAÇÇÇÇÃOÃOÃOÃO
é um processo termoquímico de tratamento de superfícies onde ocorre a difusão de átomos de boro para dentro da superfícieformando um complexo de boretos (Fe2B ). O boro preenche os espaços no substrato criando uma totalmente nova liga de boro e ferro. Porse tratar de um verdadeiro processo de difusão não há interferência mecânica entre a liga e o substrato.
Abrasão e aderência são tipicamente as principais formas de desgaste e são umas das características de praticamente todos os tipos deestresses mecânicos. Aços boretados são extremamente resistentes àabrasão por conta de sua extremamente dura superfície.
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BORETABORETABORETABORETAÇÇÇÇÃOÃOÃOÃO
Dependendo da aplicação, a espessura da camada de boreto varia de 20 a 300µm e resulta no aumento da vida útil em múltiplas vezes.Aplicações que necessitam de resistência à abrasão incluem sistemas de transporte pneumático, unidades plastificantes nos processos de polímeros, partes para moinhos, bombas e válvulas, matrizes para vidro e partes para máquinas têxteis.
Além da alta resistência à abrasão, a camada de boreto exibe a importante propriedade de ter muito pouca tendência à solda fria. Osmétodos de análise Almen-Wieland e Reichert mostram que camadas boretadas não apresentam praticamente nenhuma tendência à solda fria. Isto é extremamente importante para reduzir o desgaste por aderência, e explica porque são preferencialmente e com sucesso utilizadas ferramentas boretadas na formação a frio de metais como alumínio e cobre.
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BORETABORETABORETABORETAÇÇÇÇÃOÃOÃOÃO
A união da resistência ao desgaste, o baixo coeficiente de fricção e baixa necessidade de lubrificação transformaram a boretação no processo escolhido para engrenagens automobilísticas e extrusores de plásticos contendo fibras minerais e vítreas, aplicações onde os componentes boretados tem vida útil superior em escalas algorítmicas se comparadas com as tratadas por nitretação.
Outras aplicações que valem ser mencionadas, são componentes em aço carbono que necessitem resistência geral ao desgaste e as aplicações em forja a quente. Adicionalmente tem sido igualmente aplicado com enorme sucesso em aplicações de alta temperatura onde ocorre desgaste, incluindo tubos de queimadores e componentes equivalentes.
