Introdução aos tratamentos térmicos

Introdução aos tratamentos térmicos

(Parte 3 de 3)

A principal reação, que ocorre entre o carbono e o ferro, e que é a responsável pela difusão do carbono para o interior da peça, pode ser representada da seguinte maneira: 3Fe +C Fe3C

Após a difusão do carbono é feita uma têmpera seguida de revenido para que se produza a máxima dureza.

Como o processo envolve a difusão do carbono, é necessário que se dê o tempo necessário para que isto ocorra. Tempos crescentes propiciam maiores espessuras das camadas cementadas. Como conseqüência, teremos um perfil de dureza associado ao perfil de concentração de carbono. Os aços comumente utilizados possuem 0,10 a 0,25 % C e a temperatura varia entre 900 e 950o C embora possam ser utilizadas temperaturas na faixa de 850 a 1000o C.

A máxima dureza atingida depois da têmpera nos aços ao carbono ocorre para um teor de carbono de 0,8%. Para teores superiores a este a dureza cai devido à retenção de austenita. Este percentual pode variar para aços que tenham maior tendência à retenção de austenita, como acontece com os aços contendo níquel. Como resultado da retenção da austenita poderemos ter a situação mostrada na figura anterior, em que se tem uma dureza mais baixa na superfície da peça.

3.1.1 Tratamentos térmicos posteriores

que o material deve ter dureza baixaPara corrigir estas situações o tratamento

Após a difusão do carbono na peça é necessário que se faça uma têmpera para que possa ser atingida a máxima dureza possível em função do teor de carbono superficial. A maneira como será executada a têmpera depende das propriedades e do uso que será feito da peça. Sempre que fazemos a difusão do carbono temos crescimento de grão pela alta temperatura que é utilizada e pelo longo tempo de tratamento. Isto pode fazer com que a peça fique com baixa tenacidade. Nestes casos deve ser feito um tratamento para refino de grão. Outro caso é aquele em que temos que fazer acabamento da peça por usinagem em deve ser feito em uma ou mais etapas de tal sorte que tenhamos um refino de grão ou uma peça inicialmente de dureza baixa.

Assim sendo, os tratamentos utilizados podem ser os seguintes: - têmpera direta da temperatura de cementação. Tem o inconveniente de não refinar o grão;

- Resfriamento lento seguido de têmpera. Neste caso teremos uma peça com dureza baixa que permite a usinagem, seguindo-se a têmpera sem refino de grão. Como existe uma variação no teor de carbono entre a superfície e o centro da peça, podemos escolher como temperatura de têmpera uma temperatura logo acima da eutetóide em que teremos austenitização completa da camada superficial e austenitização incompleta do núcleo ou uma temperatura mais alta em que teremos austenitização completa do núcleo. - Têmpera direta seguida de têmpera com austenitização a uma temperatura mais baixa. Permite o refino de grão que irá ocorrer durante o aquecimento, durante a austenitização do material. A temperatura de austenitização utilizada pode ser aquela em somente uma parte da camada cementada fique austenitizada, que são as temperaturas próximas da temperatura eutetóide, ou temperaturas mais altas em que o núcleo da peça também é austenitizado. Neste último caso pode haver um pequeno crescimento de grão da camada cementada.

Após a têmpera pode ser feito um revenido em uma temperatura na faixa de 150° a 220° C.

3.2 Nitretação

O processo de nitretação é um processo que a exemplo da cementação também altera a composição de uma camada superficial do aço. Entretanto, ao contrário da cementação, a camada nitretada não necessita ser temperada, tendo em vista que os nitretos que se formam já possuem dureza elevada. Isto faz com que não haja o inconveniente do empenamento. Além disso, a nitretação é feita na faixa de temperatura entre 500° e 600° C, o que diminui a possibilidade empenamentos por transformação de fase.

Entre as vantagens da nitretação podemos citar as seguintes: - alta dureza com alta resistência ao desgaste;

- alta resistência à fadiga e baixa sensibilidade ao entalhe;

- melhor resistência à corrosão;

- alta estabilidade dimensional.

Em princípio qualquer aço pode ser cementado, entretanto, a composição poderá fazer variar a dureza final da camada nitretada, como é o caso de aços que possuem alumínio, cromo, vanádio e molibdênio que apresentam uma dureza final maior.

Nos aços não ligados forma-se preferentemente o nitreto cuja fórmula é

Fe4N e para concentrações mais altas pode ser formado também o nitreto . Nos aços ligados ocorre a formação de nitretos complexos dos elementos de liga que aumentam a dureza da camada nitretada.

A camada nitretada tem menor espessura do que a cementada, raramente ultrapassando 0,8 m, caso contrário os tempos seriam muito grandes o que torna o método antieconômico.

3.2.1 Métodos de nitretação 3.2.1.1 Nitretação a gás

Neste processo é utilizada amônia que é injetada no forno aquecido geralmente a 510° C. Nesta temperatura a amônia se dissocia de acordo com a seguinte equação:

Como pode ser visto esta reação libera nitrogênio atômico que difunde para o aço,os tempos de tratamento variam entre 12 e 120 horas.

3.2.1.2 Nitretação por via líquida

A nitretação por via líquida é o processo em temos um banho semelhante ao utilizado na cementação líquida. Neste banho teremos, então, cianeto de sódio ou potássio, carbonato de sódio ou de potássio e cloreto de potássio ou de sódio. Este banho contém entre 30 e 40% de cianeto. A dissociação do cianeto se dá da seguinte maneira:

2NaCN + O2 2NaCNO

4NaCNO 2NaCN + Na2CO3 + CO + 2N

Normalmente a temperatura utilizada situa-se entre 550° e 570° C. Nesta faixa de temperatura não ocorre a reação de cementação e portanto teremos apenas a adição de nitrogênio ao aço. Os tempos de nitretação são curtos, geralmente entre 1 e 4 horas.

20 4 LISTA DE EXERCÍCIOS

4.1 Qual a diferença entre reações endotérmicas e exotérmicas?

4.2 Porque o ferro pode ser considerado um material alotrópico? Exemplifique.

4.3 Para que servem os tratamentos térmicos?

4.4 Quais são os fatores que podem determinar o sucesso ou fracasso de um tratamento térmico?

4.5 Simule um gráfico simplificado “genéricamente” de Temperatura (T) x

Tempo (t) ilustrando os principais fatores que devem ser controlados e/ou observados durante um tratamento térmico.

4.6 Quais são os tratamentos térmicos mais comuns aplicados aos aços?

4.7 Que propriedades podem ser obtidas aplicando-se os seguintes tratamentos térmicos: a)Recozimento Pleno b)Têmpera c)Esferoidização d)Martêmpera

4.8 O que são processos termoquímicos aplicados aos aços? 4.9 Qual a diferença entre cementação e nitretação?

4.10 Quais são as propriedades mecânicas que podem ser trabalhadas, obtidas ou melhoradas aplicando-se um processo de cementação em uma peça de aço? Dê exemplo de peças.

4.1 Quais são as propriedades mecânicas que podem ser trabalhadas, obtidas ou melhoradas aplicando-se um processo de nitretação em uma peça de aço? Dê exemplo de peças.

21 REFERÊCIAS

CALLISTER, William D. Ciência e Engenharia de Materiais: uma introdução. Livros Técnicos e Cientificos Editora S.A. Riio de Janeiro – RJ, 2002.

SHECKELFORD, James F.; GÜMES, Alfredo. Introducción a la ciência de materiales para ingenieros. Editora Prentice Hall, São Paulo – SP, 4ª ed., 1998.

Van Vlack. Princípio de Ciência dos Materiais. Traduzido pelo Eng. Luiz Paulo Camargo Ferrão. São Paulo: Edgard Blücher Ltda,1977.

CHIAVERINI, Vicente. Tecnologia Mecânica. Mc Graw-Hill do Brasil, São Paulo – SP, 1914.

FRAINER, Vitor José. Apostila: Princípios de tratamentos térmicos. Fundação Universidade Federal do Rio Grande – RS, 2006.

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