Cementação e Nitretação: Tratamentos Termoquímicos de Aços

Conceito de Cementação

A cementação é a introdução de carbono na superfície de um material, de modo que, após a têmpera, aumente sua resistência ao desgaste, ao mesmo tempo em que preserva a tenacidade do núcleo, que é mantido com baixo teor de carbono.

Tipos de Cementação

Cementação Sólida

A peça é introduzida no forno com substâncias carbonáceas, como carvão de madeira.

Cementação a Gás

Utiliza gás carburante (gás natural, propano, butano, álcool volatilizado) e gás diluente para manter a pressão constante.

Cementação Líquida

Realizada em sal fundido acima da temperatura A1 (NaCN ou NaCNO).

Cementação a Vácuo

Processo similar à cementação gasosa. A purga é feita com gás nitrogênio e a têmpera é realizada diretamente no óleo.

Cementação a Plasma

O plasma é criado por ionização do gás (metano) a baixa pressão. O carbono iônico é transferido para a superfície da peça.

Vantagens e Desvantagens da Cementação

Cementação Sólida

• Vantagens: Pode ser realizada em diferentes tipos de fornos; Peças são facilmente usinadas se resfriadas lentamente.
• Desvantagens: Camada imprecisa (dimensional e composição); Dificuldade de realização de têmpera direta; Mais demorada (aquecimento e resfriamento do conjunto caixa/peça).

Cementação a Gás

• Vantagens: Processo mais limpo; Melhor controle da porcentagem de carbono; Mais rápido, permite ser executado de forma contínua; Permite execução de têmpera direta.
• Desvantagens: Custo elevado do equipamento; Requer pessoal especializado.

Cementação Líquida

• Vantagens: Camadas com profundidade de penetração em menor tempo; Proteção contra descarbonetação; Permite ser executado de forma contínua; Permite execução de têmpera direta.
• Desvantagens: Tóxico; Requer limpeza da superfície.

Cementação a Vácuo

• Características: Processo similar à cementação gasosa. A purga é feita com gás nitrogênio e a têmpera é realizada diretamente no óleo.

Cementação a Plasma

• Vantagens: Tempos de processo menores (~30% do a gás); A peça não sofre oxidação, já que o processo é feito sob vácuo; Fácil automatização; Produz peças de alta qualidade; A camada depositada é mais uniforme que a cementação a gás ou a vácuo.

Nitretação

A nitretação é a introdução de nitrogênio (N) na superfície do aço, geralmente entre 500 e 570°C. Resulta em menor distorção na peça e menor tendência de formação de trincas. Não necessita de têmpera após a nitretação. Se desejado, o tratamento térmico (como têmpera e revenido) deve ser realizado antes da nitretação para produzir uma estrutura mole, permitindo a usinagem. Após a nitretação, a superfície torna-se muito dura, permitindo apenas retificação, não usinagem.

Tipos de Nitretação

• Nitretação Gasosa
• Nitretação Líquida
• Nitretação Iônica (ou a Plasma)

Vantagens da Nitretação

• Obtenção de alta dureza superficial (em torno de 70 HRC).
• Obtenção de elevada resistência ao desgaste.
• Melhora a resistência à fadiga, à corrosão (exceto em aços inoxidáveis) e ao calor.
• Propicia um menor empenamento das peças, já que é realizado a temperaturas mais baixas que a cementação.
• Não necessita de tratamento térmico posterior.

Nitretação Gasosa

• Especialmente para aços ligados, formadores de nitretos estáveis.
• Aços carbono em geral não podem ser nitretados a gás, pois formam uma camada nitretada quebradiça.
• Tempo de processo muito longo.
• Outra desvantagem é o crescimento dimensional que o material sofre durante o tratamento.
• A camada nitretada raramente ultrapassa 0,8 mm e atinge dureza de 1000-1100 Vickers.
• Os aços temperados e revenidos são tratados antes da nitretação (a correção dimensional da peça com a camada nitretada-dura é difícil).

Nitretação Líquida

• A nitretação líquida é muito similar à 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 (não necessita ser microligado).
• O tempo de nitretação é de aproximadamente duas horas (muito menor que a nitretação a gás).
• O meio nitretante é um banho de sal fundido à base de cianetos, operado em temperaturas entre 500 e 560°C.

Nitretação Iônica ou a Plasma

• A peça é colocada num forno a vácuo.
• Gás nitrogênio é introduzido na câmara e é ionizado.
• Aplica-se um potencial entre as paredes do forno e a peça (500-1000 Volts).
• Os íons são acelerados em direção à peça (polo negativo).
• O impacto dos íons gera calor suficiente para promover a difusão.
• O forno atua como eletrodo e como câmara de vácuo, e não como fonte de calor.
• Apresenta um controle mais preciso do potencial de nitrogênio na superfície do metal.

Vantagens da Nitretação Iônica ou a Plasma

• O processo é rápido.
• Baixo consumo de gases.
• Baixo custo de energia.
• Fácil automatização.
• Necessita de pouco espaço físico.
• É aplicável a vários materiais.
• Produz peças de alta qualidade.