Ferros & Aços 08
Ferros & Aços VIII
Tópicos: Nitretação | Têmpera Superficial |
1) Nitretação
Neste método, nitrogênio é difundido na camada superficial em temperaturas abaixo da formação da austenita, em geral na faixa de 495 a 575°C. O resultado é a formação de nitretos complexos de alta dureza pela combinação do nitrogênio com elementos de liga do aço. A nitretação gasosa é o método mais comum. A Figura 1-I dá um esquema simplificado. 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 consequência, da resistência ao desgaste, as peças submetidas à nitretação apresentam melhoras das resistências 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 dessa camada.
A nitretação a gás é, entretanto, um processo lento. O gráfico da Figura 1-II dá um exemplo típico de profundidade da camada versus tempo. Tempos usuais na prática variam de 48 a 72 h.
A nitretação líquida usa sal fundido de forma similar à cementação líquida vista em página 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.
A 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 870°C. 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.
2) Têmpera Superficial
Os tratamentos vistos anteriormente de cementação ou de nitretação são classificados como termoquímicos porque a composição do aço é alterada com adição de mais carbono ou de nitrogênio provenientes de um meio externo. A têmpera superficial baseia-se apenas na inércia térmica para promover o endurecimento da superfície. A ideia fundamental é submeter a peça a um rápido aquecimento de fora para dentro e, logo depois, à ação do meio de resfriamento (ar, água, óleo ou outros). Com parâmetros devidamente controlados, apenas a superfície é endurecida pela têmpera porque o interior não atinge temperatura suficiente.
A Figura 2-I exibe um esquema simplificado da têmpera por indução. O aquecimento é dado por uma bobina de indução à qual se aplica, por um certo tempo, uma corrente alternada cuja frequência pode ser de alguns quilohertz a poucos megahertz, dependendo das dimensões da peça e da profundidade desejada de têmpera.
Em geral, a bobina tem algum meio de refrigeração para prevenir o próprio aquecimento, como tubo com água conforme figura. Logo após o ciclo de aquecimento, a peça é submetida ao meio de têmpera (não necessariamente por imersão. Pode ser jato de água ou outro arranjo).
Com bobinas de formato adequado, a têmpera por indução permite uma precisa definição da área a endurecer, mas o custo do processo é normalmente elevado.
Na têmpera por chama, o aquecimento é dado pela combustão de algum gás como acetileno, propano ou outros. A Figura 2-II exibe um esquema simplificado. Nos equipamentos práticos, a peça pode girar para obter um aquecimento uniforme ou vários outros arranjos podem ser usados de acordo com a geometria da peça.
Aplicações comuns são barramentos, dentes de engrenagens, cames, eixos, etc. Alguns valores típicos de têmpera por chama são: temperatura 815°C, profundidade 4,5 mm, dureza até 65 HRC. Naturalmente, para ambos os processos (indução, chama), o aço deve ter teor de carbono suficiente para permitir a têmpera, em geral acima de 0,4% C.