SERVIÇO NACIONAL DE APRENDIZAGEM INDUSTRIAL Faculdade de Tecnologia SENAI Gaspar Ricardo Júnior CFP 4.02 - SOROCABA - SP
CURSO: Tecnologia de Fabricação Mecânica
P r o f e s s o r : M .S .S c . A m i l t o n C o r d e ir ir o
Tratamentos Superficiais
Tratamentos Superficiais
INTRODUÇÃO Tratamentos térmicos superficiais envolvem alterações microestruturais, e por conseqüência nas propriedades mecânicas, em apenas de parte superficial da peça ou componente.
Muitos dos tratamentos térmicos superficiais consistem em aquecer o componente ou peça em atmosfera rica em elementos tais como carbono, nitrogênio ou boro.
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OBJETIVO
aumentar a dureza superficial, resistência à fadiga e desgaste sem perda de tenacidade da peça ou componente. Aplicações: dentes de engrenagens, eixos, mancais,
fixadores, ferramentas e matrizes .
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ALGUNS TIPOS DE TRATAMENTOS
SUPERFICIAIS Cementação Nitretação Carbonitretação Chama Indução Jateamento de Granalhas
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Cementação
É utilizada em aços carbono ou ligados (ferríticosperlíticos) com teores de carbono de até 0,2% (podendo chegar até 0,25%).
O
aço é aquecido entre 870-950 oC em atmosfera rica em carbono. O processo de cementação segue a seguinte reação: Fe + 2CO
Fe(C) + CO2
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Cementação
Após
a carbonização atingem-se valores de 0.8%, podendo ir até aos
1.10%. A difusão
do carbono é feita sempre pela fase gasosa (0.1mm/h em meio sólido e 0.4-0.5mm/h em banho de sais –mais homogênea). 7
Cementação
Aços
empregados
Aço carbono (AISI/ABNT 1015 a 1035) e aços baixa liga (2317,2325,3115,4617,8620,9310, etc)
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Cementação
A
atmosfera rica em carbono pode ser fornecida basicamente por gás, ou por um banho (líquido) de sais. A
superfície rica em carbono produzida tem dureza entre 55 e 60 HRC. A
profundidade da camada normalmente de 0,5 a 1,5 mm.
cementada
Pode ocorrer cementação.
peça
distorções
na
varia
durante
a
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Cementação
Carbonetação
1.Transferência de átomos de C 2.Difusão do C da superfície para o interior da peça Profundidade da camada cementada Distância
da superfície até ao ponto em que %C da camada cementada diminui até ao mínimo de 0.40%C.
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Cementação
Profundidade de têmpera após cementação É
a espessura da camada para a qual a dureza é inferior em 9 HRC à dureza teórica da periferia (0.81.1%C –67HRC, 0.4% -58HRC).
Cementação
Normalmente
a camada cementada vai até aos 2 mm de profundidade. No
caso de se pretender camadas cementadas mais profundas usam-se misturas de sais especiais. A
cementação em meios gasosos produz uma carbonização muito regular, e atendendo a problemas ambientais, é hoje o processo mais comum. 12
Cementação
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Cementação Os
aços Cr-Mo e Cr-Mn apresentam tendência à hipercarbonização. Para
grandes profundidades de cementação e em especial nos aços com cromo não é possível evitar a hipercarbonização em consequência da formação de carbonetos de cromo. Para
se evitar a hipercarbonização será conveniente que se proceda, após a cementação, a um tratamento de normalização à temperatura de cementação num forno com atmosfera neutra.
Tratamento Térmico das Peças Cementadas 1. Têmpera direta a partir da temperatura de cementação 1. 2. Têmpera simples Sem recristalização do grão da matriz (núcleo) Com recristalização do grão da matriz (núcleo) Com recozimento intermediário Transformação isotérmica e têmpera simples
1. 3. Têmpera dupla Com recristalização do grão da matriz (núcleo) Com a 1ª têmpera direta a partir da temperatura de cementação 1. 4. Revenimento
Cementação : gráfico TT
Têmpera direta a partir da temperatura de cementação.
Têmpera simples de peças cementadas
a)
Com recristalização do grão da matriz (núcleo)
b)
Sem recristalização do grão da matriz (núcleo)
c)
Com recozimento intermediário
deformação mínima 17
Transformação Isotérmica e têmpera simples
Têmpera dupla com recristalização do grão do núcleo
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Tempera dupla
Revenimento • Aços-liga: 140-200ºC • Aços Carbono: 150-180ºC • O abaixamento da dureza é de 2HRC, podendo
atingir 4HRC em casos extremos • O revenimento deve ser feito, sobretudo se as
peças forem posteriormente retificadas.
Nitretação
É
utilizada em aços carbono ou ligados (Cr,Mo), aços ferramenta e aços inoxidáveis. O
aço é aquecido entre 500-600oC em atmosfera rica em nitrogênio.
Nitretação
Quando
a atmosfera é gasosa, o gás utilizado contém amônia, que dissociada gera o nitrogênio. Outra
forma de se obter o nitrogênio dissociado, a partir do N2, é pela formação de um plasma. Esse
processo consiste em colocar uma mistura de gases em um recipiente onde foi existe vácuo. Nesse recipiente é estabelecida uma diferença de potencial, produzindo ionização do gás nitrogênio.
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Nitretação – Vantagens do Processo Por Plasma
menores melhor
problemas ambientais
estabilidade dimensional
melhor
controle da camada nitretada, além da utilização de menores temperaturas.
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Nitretação
Consiste
na introdução do nitrogênio, sob a forma de nitretos de ferro. Aplica-se
quando se pretende conferir uma dureza máxima (> 1100 HV) ou uma grande resistência ao desgaste. A camada
nitretada provoca tensões de compressão que aumentam consideravelmente a resistência à fadiga. A
profundidade da camada nitretada varia de 0,1 a 0,6 mm.
No
caso dos aços rápidos essa camada varia de 0,02 a 0,07 mm.
Nitretação
Só
se aplica em peças que já tenham sido tratadas à dureza de utilização, sendo a limpeza superficial fundamental para se dar a penetração do N.
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Nitretação
A zona nitretada é composta por duas camadas:
ZONA DE LIGAÇÃO, superficial com 0.015-0.02mm, constituída por nitretos e carbonetos. ZONA DE DIFUSÃO, com 0.1-0.3mm, formada pela absorção do nitrogênio.
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Carbonitretação
É
um processo realizado em aços baixo carbono, onde ocorre um enriquecimento na superfície tanto em carbono como em nitrogênio. Nesse caso a reação é dada por: 2NaCN + O2 2NaNCO 4NaNCO Na2CO3 + CO + 2N processo o aço é aquecido entre 700 e 800 oC em uma atmosfera rica em carbono e em amônia. Neste
A
peça é resfriada em óleo.
Carbonitretação
Devido à absorção do N (forma nitretos), a temp. transformação α−γ é diminuída (austenita forma -se entre 600-750ºC) e simultaneamente favorece-se a absorção do C (que se dissolve no ferro γ e vai originar Martensita contendo N).
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Carbonitretação - Banhos de Sal (Cianetos) É
um processo realizado em aços baixo carbono (0,2%C), e aços ligados (0,08 a 0,2%C). Neste
processo ocorre enriquecimento na superfície da peça tanto em carbono como em nitrogênio. O
aço é colocado em um banho de sal (cianetos) em temperaturas entre 760 e 845 oC. A
dureza alcançada na superfície chega a 65 HRC. A profundidade da camada modificada fica entre 0,025 e 0,25 mm.
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Carbonitretação
Tipos de carbonitretação segundo o critério α−γ da zona profunda da peça: 1.Sem transformação do núcleo ou carbonitretação abaixo de A1
Até 720ºC, origina na camada carbonitretada uma estrutura constituída por uma orla superficial de nitretos livres e por martensita contendo N.
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Carbonitretação
2.Com transformação do núcleo ou carbonitretação acima de A1
Entre 730-900ºC, origina na camada nitretada uma estrutura constituída por Martensita contendo N e eventualmente por uma fina orla superficial de nitretos livres, a maior parte das vezes apenas para o domínio inferior da Temp. Absorção
de N é intensificada para temperaturas inferiores e uma diminuição da carbonização. Na região superior ocorre o inverso. As baixas temperaturas são extremamente favoráveis à diminuição de deformações e não são necessários tratamentos posteriores. 31
Têmpera Superficial Chama Indução Jateamento com Granalhas
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TÊMPERA Superficial Objetivo: produzir endurecimento superficial, pela obtenção de martensita apenas na camada externa da peça. Características: Dificuldade de realizar têmpera em grandes peças; Necessidade de endurecer apenas a superfície da peça; Melhorar precisão dimensional de peças planas e grandes; Menor custo em relação à têmpera convencional; Menor risco de fissuras; Processo rápido, não exige forno de aquecimento.
Propriedades resultantes: Superfícies de alta dureza e resistência ao desgaste; Boa resistência à fadiga e ao dobramento; Resistência satisfatória ao empenamento.
TÊMPERA Superficial Tipos: Por chama; Por indução; Por laser;
Indução
Chama
Têmpera Superficial - Chama
É
utilizada em aços médio-carbono e ferros fundidos, a dureza da superfície varia de 50 a 60 HRC. A camada temperada varia de 0,7
a 6 mm, podendo ocorrer pequenas distorções por causa das transformações de fases. Pode provocar a têmpera em toda a peça. Esse
tratamento térmico superficial consiste no aquecimento localizado utilizando uma tocha oxiacetilênica e resfriamento com água ou outro meio (salmoura ou óleo). 35
Têmpera Superficial - Indução
É utilizada em aços médio-carbono e ferros fundidos, a dureza da superfície varia de 50 a 60 HRC. A camada temperada varia de 0,7 a 6 mm, podendo ocorrer pequenas distorções por causa das transformações de fases. Esse tratamento térmico superficial consiste no aquecimento localizado utilizando espiras de cobre onde passa uma corrente com alta freqüência. O resfriamento é feito com água ou outro meio (salmoura ou óleo). 36
Têmpera Superficial – Jateamento com Granalha
O
jateamento com granalhas é um processo de trabalho a frio, que consiste em projetar granalhas com alta velocidade (entre 20 e 100 m/s) contra uma superfície de um material metálico. A
granalha atua como se fosse um pequeno martelo sobre a superfície metálica causando deformação plástica. Esse
processo de deformação superficial é largamente utilizado para introduzir tensões residuais de compressão na superfície, as quais melhoram as propriedades mecânicas dos componentes em serviço, em especial, aumentam a vida em fadiga. 37
