MARTEMPERA. Cesar Edil da Costa e Eleani Maria da Costa. O resfriamento é temporariamente interrompido, criando um passo isotérmico

Transcrição

1 MARTEMPERA O resfriamento é temporariamente interrompido, criando um passo isotérmico rmico, no qual toda a peça atinga a mesma temperatura. A seguir o resfriamento é feito lentamente de forma que a martensita se forma uniformemente através da peça. A ductilidade é conseguida através s de um revenimento final. 1

2 MARTEMPERA E AUSTEMPERA alternativas para evitar distorções e trincas 2

3 NITRETAÇÃO CIANETAÇÃO CARBONITRE- TAÇÃO Cesar Edil da Costa e Eleani Maria da Costa CEMENTAÇÃO ADIÇÃO DE C ADIÇÃO DE N Sólida Líquida Gasosa Plasma T proc.= acima da temp. crítica ( C) seguido de tempera Dureza:~65H RC Camada: até 10 mm Líquida Gasosa Plasma T proc.= abaixo da temp. crítica ( C) Dureza:~ HV Camada: até 1 mm ADIÇÃO DE C E N ADIÇÃO DE C E N BORETAÇÃO ADIÇÃO DE B Líquida Gasosa Sólida T proc.= C seg. tempera Camada: de 0,1 a 0,3 mm T proc.= ( C) Seguido de tempera Camada:até 7 mm T proc.= (900 C) Dureza: ~ HV Camada: 4 h produz 100 mícrons 3

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8 CEMENTAÇÃO Têmpera direta Simplicidade. Não requer aquecimentos subsequentes nem proteção contra descarbonetação. Tendência a apresentar austenita retida no caso dos aços ligados. O núcleo fica totalmente endurecido

9 CEMENTAÇÃO Têmpera simples da camada cementada com resfriamento lento após a cementação Além de conferir a camada cementada a dureza desejada, permite a obtenção de núcleos com diferentes teores de resistência e tenacidade, segundo a temperatura de têmpera adotada. Temperaturas de têmpera mais elevadas produzirão núcleos mais resistentes e menos tenazes. Requer um aquecimento adicional até a temperatura de têmpera em meio que proteja a peça contra descarbonetação. Favorece a ocorrência de deformações, acentuando-se essa tendência para temperaturas mais elevadas

10 CEMENTAÇÃO Têmpera dupla,com resfriamento lento após a cementação: Reduz a ocorrência de austenita retida. É o ciclo que possibilita o maior refino de grãos do núcleo de da camada cementada. Requer dois aquecimentos adicionais até as temperaturas de têmpera em meio que proteja a peça contra descarbonetação. Favorece a ocorrência de deformações pelas sucessivas sequências deaquecimento e resfriamento

11 CEMENTAÇÃO Cesar Edil da Costa e Eleani Maria da Costa

12 CEMENTAÇÃO Cesar Edil da Costa e Eleani Maria da Costa

13 NITRETAÇÃO A nitretação é um tratamento termoquímico mico que visa o endurecimento superficial pela difusão de nitrogênio e conseqüente ente formação de nitretos. A nitretação é realizada em temperaturas abaixo do campo austenítico tico e não é necessário um tratamento subsequente de têmpera para aumento de dureza. As principais características da nitretação são: aumento da dureza superficial; aumento da resistência ao desgaste aumento da resistência à fadiga e aumento da resistência à corrosão de aços a convencionais (não inoxidáveis). 13

14 NITRETAÇÃO Adicionalmente, a nitretação provoca menores distorções e deformações que outros tratamentos superficiais, devido ao emprego de temperaturas mais baixas. Os melhores resultados são obtidos em componentes fabricados com aços (com teores de C entre 0,2 e 1,2%) contendo elementos de liga formadores de nitretos (alumínio, cromo, vanádio, tungstênio e molibdênio). Outros elementos como Ni,, Cu, Si e Mn possuem pequeno ou nulo efeito sobre as características da camada nitretada.. Aços A contendo 0,85 a 1,5% de Al apresentam os melhores resultados de resistência ao desgaste. Estes aços a são conhecidos como nitralloys. A nitretação pode ser realizada por três processos: nitretação gasosa; nitretação líquida e nitretação iônica (plasma) 14

15 NITRETAÇÃO: ÃO: NITRETAÇÃO A GÁS O meio nitretante é gasoso, composto, basicamente, por amônia (NH3). A reação global do processo é dada por: 2 NH3 2 N + 3 H2 A temperatura de nitretação gasosa para todos os aços está entre 495 e 565ºC. Os aços temperados e revenidos são tratados antes da nitretação, sendo que a temperatura mínima de revenimento deve ser 30ºC superior à temperatura de nitretação. Antes de serem nitretados, os componentes são submetidos a uma limpeza desengraxante com vapor. Os tempos de tratamento variam entre 10 h e 100 h e as profundidades de camada típicas estão entre 0,05 mm à 0,5 mm. Existem duas práticas de nitretação gasosa: Estágio único em que os componentes são tratados em temperaturas entre 495ºC e 525ºC e é formada uma camada dura e frágil de nitretos na superfície, denominada camada branca. Duplo estágio (processo Floe) tem como objetivo reduzir a espessura de camada branca formada no primeiro estágio. 15

16 NITRETAÇÃO: NITRETAÇÃO A GÁS 16 Cesar Edil da Costa e Eleani Maria da Costa

17 NITRETAÇÃO: ÃO: NITRETAÇÃO LÍQUIDA OU EM BANHO DE SAL As aplicações dos processos de nitretação gasosa e líquida são muito similares. O processo gasoso é recomendado para camadas mais espessas e aplicações em que a camada branca não é desejada pois oferece a opção de nitretação de duplo estágio. Como na nitretação 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. Os melhores resultados de resistência ao desgaste são obtidos com aços nitralloys (contendo Al e Cr). 17

18 NITRETAÇÃO: ÃO: NITRETAÇÃO LÍQUIDA OU EM BANHO DE SAL O meio nitretante é um banho de sal fundido à base de cianetos, operado em temperaturas entre 510 e 580ºC. Microestrutura de um componente fabricado em aço baixo carbono após nitretação líquida Componente Composição [%] Cianeto de sódio (NaCN) 60 a 70 Cianeto de potássio (KCN) 30 a 40 Carbonatos, cianatos e aditivos até 10 Desvantagens do processo Assim como o processo de cementação em banho de sal, os banhos de nitretação apresentam cianetos de sódio e potássio, exigindo cuidados especiais de manuseio, operação e descarte destes sais. 18

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23 NITRETAÇÃO: ÃO: NITRETAÇÃO IÔNICA ("PLASMA NITRIDING") Consiste em um processo sob vácuo (pressão entre 1 a 10 torr) no qual a introdução de nitrogênio na superfície do metal é obtida pelo plasma gerado pela alta tensão entre a carcaça do forno e as peças a serem tratadas. Esta diferença de potencial ioniza o gás à base de nitrogênio formando íons N3+, que são acelerados em direção a superfície das peças. Características: O processo de nitretação iônica, em comparação ao processo de nitretação gasosa, apresenta um controle mais preciso do potencial de nitrogênio na superfície do metal. Por meio deste controle é possível selecionar a camada branca ε (Fe2-3N) ou γ (Fe4N) ou, ainda, evitar completamente a formação de camada branca.. 23

24 NITRETAÇÃO: ÃO: NITRETAÇÃO IÔNICA ("PLASMA NITRIDING") O processo de nitretação iônica vem substituindo a carbonitretação gasosa devido ao melhor controle dimensional das peças tratadas e a minimização ou eliminação da usinagem final após o tratamento. A microestrutura inicial influencia no perfil de dureza após a nitretação. A microestrutura de martensita revenida nos aços-liga apresenta os melhores resultados. 24

25 NITRETAÇÃO: ÃO: NITRETAÇÃO IÔNICA ("PLASMA NITRIDING") Informações operacionais: As temperaturas de operação estão entre 375 e 650 C. O gás de processo é uma mistura de N2, H2 e, em alguns casos, pequenas quantidades de metano (CH4). O H2 tem o papel de ajustar o potencial de nitrogênio (balanço da composição). Após o aquecimento da carga, o gás de processo é admitido com uma vazão previamente calculada com base na área total das peças á serem tratadas. A pressão é normalmente regulada entre 1 e 10 torr. O resfriamento é realizado com a recirculação do gás de processo ou N2. Aplicações: 25

26 NITRETAÇÃO: ÃO: NITRETAÇÃO IÔNICA ("PLASMA NITRIDING") A dureza após a nitretação depende da presença de elementos de liga formadores de nitretos. Os aços mais empregados são da série "nitralloys" e possuem em sua composição aproximadamente 1%Al e 1-1,5%Cr. Outras aplicações envolvem o uso aços-liga contendo Cr, aços inoxidáveis, aços ferramentas, componentes obtidos por metalurgia do pó e ferros fundidos. 26

27 NITRETAÇÃO: ÃO: NITRETAÇÃO IÔNICA ("PLASMA NITRIDING") 27

28 NITRETAÇÃO: ÃO: NITRETAÇÃO IÔNICA ("PLASMA NITRIDING") 28

29 NITRETAÇÃO: ÃO: NITRETAÇÃO IÔNICA ("PLASMA NITRIDING") GASOSA PLASMA 29

30 NITRETAÇÃO: ÃO: CARBONITRETAÇÃO Variante de baixo custo do processo de nitretação gasosa em que ocorre a difusão simultânea de C e N para a superfície do metal. O gás admitido no forno consiste de misturas com diferentes proporções de amônia e gás natural ou metanol. O processo é realizado em aços aquecidos em temperaturas da ordem de 570 C. Os tempos de tratamento variam entre 1 h a 3 h. A profundidade de camada endurecida varia entre 0,07 e 0,2 mm As aplicações da carbonitretação são mais limitadas que os processos de cementação e/ou nitretação. 30

31 NITRETAÇÃO: ÃO: CARBONITRETAÇÃO Normalmente a carbonitretação é aplicada em componentes de baixa responsabilidade submetidos a situações de desgaste leves. Os exemplos típicos são componentes de eletrodomésticos (como lâminas, eixos, engrenagens etc.) Existem diversas variantes do processo de carbonitretação: Nitemper Processo Alnat-N Nitrocarbonetação negra Nitrocarbonetação austenítica Nitrocarbonetação via plasma 31

32 BORETAÇÃO é um processo termoquímico de tratamento de superfícies onde ocorre a difusão de átomos de boro para dentro da superfície formando um complexo de boretos (Fe2B ). O boro preenche os espaços no substrato criando uma totalmente nova liga de boro e ferro. Por se tratar de um verdadeiro processo de difusão não há interferência mecânica entre a liga e o substrato. Abrasão e aderência são tipicamente as principais formas de desgaste e são umas das características de praticamente todos os tipos de estresses mecânicos. Aços boretados são extremamente resistentes à abrasão por conta de sua extremamente dura superfície. 32

33 BORETAÇÃO Dependendo da aplicação, a espessura da camada de boreto varia de 20 a 300µm e resulta no aumento da vida útil em múltiplas vezes. Aplicações que necessitam de resistência à abrasão incluem sistemas de transporte pneumático, unidades plastificantes nos processos de polímeros, partes para moinhos, bombas e válvulas, matrizes para vidro e partes para máquinas têxteis. Além da alta resistência à abrasão, a camada de boreto exibe a importante propriedade de ter muito pouca tendência à solda fria. Os métodos de análise Almen-Wieland e Reichert mostram que camadas boretadas não apresentam praticamente nenhuma tendência à solda fria. Isto é extremamente importante para reduzir o desgaste por aderência, e explica porque são preferencialmente e com sucesso utilizadas ferramentas boretadas na formação a frio de metais como alumínio e cobre. 33

34 BORETAÇÃO A união da resistência ao desgaste, o baixo coeficiente de fricção e baixa necessidade de lubrificação transformaram a boretação no processo escolhido para engrenagens automobilísticas e extrusores de plásticos contendo fibras minerais e vítreas, aplicações onde os componentes boretados tem vida útil superior em escalas algorítmicas se comparadas com as tratadas por nitretação. Outras aplicações que valem ser mencionadas, são componentes em aço carbono que necessitem resistência geral ao desgaste e as aplicações em forja a quente. Adicionalmente tem sido igualmente aplicado com enorme sucesso em aplicações de alta temperatura onde ocorre desgaste, incluindo tubos de queimadores e componentes equivalentes. 34