Aula 4

TRATAMENTO TERMOQUÍMICO

Características

Os tratamentos térmicos não alteram a composição química do aço. Contudo, às vezes, necessita-se submeter o aço a alterações em sua composição química para melhorar as propriedades de sua superfície. Essas modificações são obtidas por meio de tratamentos termoquímicos.

Objetivos 

Os tratamentos termoquímicos têm como objetivo aumentar a dureza e a resistência 
do material ao desgaste de sua superfície, mantendo o núcleo dúctil e tenaz. Os principais 
são cementação, nitretação, cianetação, carbonitretação.

Principais tratamentos termoquímicos

Cementação

Consiste em introduzir maior quantidade de carbono em superfícies de aço com baixos teores desse elemento. É indicada para aços-carbono ou aços-ligas cujo teor original de carbono seja inferior a 0,25%.

A cementação aumenta esse teor até em torno de 1%, assegurando uma superfície dura e 
um núcleo tenaz. 

Peças fabricadas em aço com porcentagem média ou alta de carbono que vão sofrer 
operações severas de dobramento, tendem a trincar-se. Todavia, se elas forem 
confeccionadas com aço de baixo carbono (1010) e, depois, forem conformadas e 
cementadas, bons resultados ocorrerão sem que elas corram o risco de trincarem.

Exemplo:

engrenagem tratada superficialmente.

Aspecto de uma engrenagem após tratamento termoquímico de cementação.

A cementação pode ser sólida, gasosa, líquida ou a plasma

Cementação sólida

Nesse tipo de cementação, a peça é colocada em uma caixa de aço contendo substâncias ricas em carbono: carvão de lenha, coque, carbonato de cálcio e óleo de linhaça. Em seguida, a peça é levada ao forno, a uma temperatura em torno de 930°C, durante o tempo necessário para obtenção da camada desejada. Depois, submete-se a peça à têmpera para que ela adquira dureza.

                                                                                             Cementação sólida em caixa

O tempo de permanência no forno pode variar de 1 a 30 horas, e a camada cementada 
varia de 0,3 mm a 2,0 mm.

Cementação gasosa

É o processo mais eficiente, pois permite cementar as peças com maior 

uniformidade e com economia de energia. Utiliza gás butano (de cozinha) ou gás natural 
para a geração de carbono. A temperatura varia de 850 a 950°C. Após a cementação, o 
aço é temperado em óleo, onde poderá ocorrer a formação de martensita.

Cementação líquida

Geralmente se utilizam sais fundidos, ricos em carbono, à base de cianeto e de carbonato, 
em geral.

A temperatura deve ser de 930 a 950°C. Nessa temperatura, os sais se tornam líquidos, 
pois se fundem por volta de 650°C. Em seguida, as peças preaquecidas a 400ºC são 
mergulhadas em banho fundido. A função do preaquecimento é a de eliminar água e evitar 
choque térmico. Resfria-se a peça em salmoura com 10 a 15% de cloreto de sódio (NaCl), 
ou em óleo de têmpera.

https://www.youtube.com/watch?v=hy589tH8yP4

referências bibliográficas

·         CENTRO PAULA SOUZA. Coleção técnica interativa. Série mecânica. São Paulo: Fundação Padre Anchieta, 2011.

·         FUNDAÇÃO ROBERTO MARINHO. Telecurso 2000: Mecânica, São Paulo: Ed. Globo, 2000

Nitretação

A nitretação é indicada na obtenção de peças com superfície de maior dureza, 

para aumentar a resistência ao desgaste, à fadiga, à corrosão e ao calor e consiste 

em adicionar nitrogênio ao aço.

Os aços que melhor se prestam a esse tratamento são os que contêm cromo, 

molibdênio, alumínio e níquel.

Em geral, a nitretação é feita depois da têmpera e do revenimento. Assim, as 

peças nitretadas não precisam de nenhum outro tratamento térmico, o que contribui 

para um baixo índice de distorção ou empenamento. A nitretação pode ser feita a 

gás, em banho de sal.

A nitretação é muito utilizada na indústria metal-mecânica (automobilística, por 

exemplo), sendo aplicada em peças como girabrequins, camisas de cilindros, pinos, 

rotores que precisam ter alta resistência ao desgaste sob temperatura relativamente 

elevada.

Exemplos: 

Nitretação a gás

A temperatura conveniente neste processo é de 500 a 530ºC, e sua duração varia de 
40 a 90 h. Nessa temperatura, a amônia (NH3) é decomposta, e o nitrogênio, na 
camada superficial da peça, atinge uma profundidade de até 0,8 mm, conforme 
pode ser observado na Figura.

                                         Dissociação da amônia em nitrogênio e absorção pelo aço

Nitretação em banho de sal (líquida)

As peças são mergulhadas num banho de sais fundidos

O processo é mais rápido que o anterior. As peças permanecem no banho apenas 
2 ou 3 horas a uma temperatura que varia de 500 a 580ºC. 
São as fontes de nitrogênio.

Carbonitretação

Consiste em introduzir carbono e nitrogênio na superfície do aço.

O processo pode ser realizado em fornos de banhos de sal ou de atmosfera 
controlada (a gás).

A superfície da camada carbonitretada adquire dureza e resistência ao desgaste.

A temperatura do processo varia de 705 a 900ºC, com duração de 2 horas. Após o 
tratamento, há resfriamento em água ou óleo.

Obtém-se uma camada com espessura de 0,07 mm a 0,7 mm.

A carbonitretação é usada, geralmente, em peças de pequeno porte, como :

componentes de carburadores, relógios, aparelhos eletrodomésticos.


Cianetação

A cianetação consiste na adição de carbono e nitrogênio ao aço, variando a 
temperatura do processo de 650 a 850ºC. A camada tratada alcança a profundidade 
de 0,1 mm a 0,3 mm.

Boretação

A boretação, por outro lado consiste no enriquecimento superficial com boro no 

aço. A temperatura de processo é de 900ºC.

Os aços têm sua dureza superficial aumentada, alcançando até 2000 Vickers (HV). A 

camada boretada, em 4 horas de tratamento termoquímico é de 100 μm.

https://www.youtube.com/watch?v=hy589tH8yP4

referências bibliográficas

·         CENTRO PAULA SOUZA. Coleção técnica interativa. Série mecânica. São Paulo: Fundação Padre Anchieta, 2011.

·         FUNDAÇÃO ROBERTO MARINHO. Telecurso 2000: Mecânica, São Paulo: Ed. Globo, 2000

Aula 3

Tratamento térmico

 Normalização

 Tempera

 Revenimento

 Recozimento

Normalização Objetivos 

•      Uniformizar e refinar a granulação dos aços.
•      Melhorar a uniformidade da microestrutura.
•      É frequentemente usada antes da têmpera e revenimento.
•      Na normalização, é obtida uma melhor homogeneização das microestruturas resultantes 

Método

Aquecimento de um aço a temperaturas acima da sua zona crítica, mantendo-o nessa

temperatura para completa homogeneização com posterior resfriamento ao ar.

Representação das curvas de aquecimento e resfriamento contínuo de normalização de 

um aço-carbono.

Tempera Objetivos

• Obter a martensita (constituinte metaestável endurecido do aço-carbono).
• Melhorar a resistência ao desgaste do aço.
• É o tratamento térmico aplicado aos aços com porcentagem igual ou maior do que 0,4% de carbono.O efeito principal da têmpera num aço é o aumento de dureza.

Fases da têmpera

 Aquecimento – A peça é aquecida em forno ou forja, até uma temperatura recomendada

(Por volta de 800ºC para os aços ao carbono).

Manutenção da temperatura – Atingida a temperatura desejada esta deve ser mantida por algum tempo afim de uniformizar o aquecimento em toda a peça.

Resfriamento – A peça uniformemente aquecida na temperatura desejada é resfriada

 em água, óleo ou jato de ar.

Efeitos da Têmpera

1 - Aumento considerável da dureza do aço.

2 - Aumento da fragilidade em virtude do aumento de dureza. (O aço torna-se muito

quebradiço).

    

    Microestrutura de aço temperado em óleo demonstrando ferrita em branco e a    martensita (agulhas escuras).

Temperatura e meios de resfriamento

   

* O controle da temperatura durante o aquecimento, nos fornos, é feito por aparelhos denominados pirômetros.

* Nas forjas o mecânico identifica a temperatura pela cor do material aquecido. 

* De início o aquecimento deve ser lento (pré-aquecimento), afim de não provocar defeitos na peça.  

* A manutenção da temperatura varia de acordo com a forma da peça; o tempo nesta fase não deve ser além do necessário.

 Revenimento 

É o tratamento térmico que se faz nos aços já temperados, com a finalidade de diminuir a sua fragilidade, isto é, torná-lo menos quebradiço.  

O revenimento é feito aquecendo-se a peça temperada até uma certa temperatura resfriando-a em seguida. As temperaturas de revenimento são encontradas em tabelas e para os aços ao carbono variam entre 210ºC e 320ºC. 

Fases do Revenimento

* Aquecimento – Feito geralmente em fornos controlando-se a temperatura com pirômetro.

* Nos pequenos trabalhos os aquecimento pode ser feito apoiando-se a peça polida, em um bloco de aço aquecido.

  

Fases do Revenimento

* O forte calor que desprende do bloco, aquece lentamente a peça, produzindo nesta uma coloração que varia à medida que a temperatura aumenta. Essas cores, que possibilitam identificar a temperatura da peça, são denominadas cores de revenimento.

Tabela de cores de revenimento dos aços ao carbono.

 

* Manutenção da Temperatura – Possível quando o aquecimento é feito em fornos.

Resfriamento – O resfriamento da peça pode ser:

* Lento – deixando-a esfriar naturalmente.

* Rápido – mergulhando-a em água ou óleo.

Efeitos do revenimento

* Diminui um pouco a dureza da peça temperada, porém aumenta consideravelmente a sua resistência aos choques.

* Geralmente, toda peça temperada passa por um revenimento, sendo até comum dizer-se “peça temperada” ao invés de “peça temperada e revenida”.

 Recozimento

O recozimento é o tratamento térmico que tem por finalidade eliminar a dureza de uma peça temperada ou normalizar materiais com tensões internas resultantes do forjamento, da laminação, trefilação etc..

 Tipos de recozimento

Recozimento para eliminar a dureza de uma peça temperada.

Recozimento para normalizar a estrutura de um material.

Fases do recozimento

* Aquecimento – A peça é aquecida a uma temperatura que varia de acordo com o material a ser recozido. (Entre 500ºC e 900ºC).

* A escolha da temperatura de recozimento é feita mediante consulta a uma tabela. Exemplo de tabela:

* Manutenção da temperatura – A peça deve permanecer aquecida por algum tempo na temperatura recomendada para que as modificações atinjam toda a massa da mesma.

* Resfriamento – O resfriamento deve ser feito lentamente, tanto mais lento quanto maior for a porcentagem de carbono do aço.

No resfriamento para recozimento adotam-se os seguintes processos:

* Exposição da peça aquecida ao ar livre. (Processo pouco usado).

* Colocação da peça em caixas contendo cal, cinza, areia ou outros materiais.

  * Interrompendo-se o aquecimento, deixando a peça esfriar dentro do próprio forno.

Efeitos do recozimento no aço

* Elimina a dureza de uma peça temperada anteriormente, fazendo-se voltar a sua dureza normal.

* Torna o aço mais homogêneo, melhora sua ductilidade tornando-o facilmente usinável.

https://www.youtube.com/watch?v=4ELS5LXahrc&list=PLBB675DE5972742E0&index=3