Muitos componentes, como engrenagens, cames e eixos, estão sujeitos a desgaste superficial severo e abrasão durante a operação. Ao mesmo tempo, eles devem ter resistência interna e ductilidade suficientes para suportar cargas de impacto e evitar fraturas. O cementação fornece a combinação ideal de propriedades para atender a esses requisitos conflitantes.
O que é Case Hardening
O endurecimento superficial, também conhecido como endurecimento superficial, é uma técnica de processamento de materiais amplamente usada, projetada para melhorar a durabilidade e o desempenho de peças mecânicas. O processo modifica estrategicamente a camada externa de uma peça de metal para formar uma camada de superfície dura e resistente ao desgaste, geralmente chamada de "casca", enquanto retém um interior mais macio e resistente, chamado de "núcleo".
O processo de cementação é geralmente obtido por um dos dois métodos:
- Alteração da estrutura cristalina do metal por meio de tratamento térmico
- Introdução de elementos específicos (como carbono ou nitrogênio) na composição da superfície
Ambos os métodos resultam em um componente com uma camada externa rígida que resiste ao desgaste e um núcleo mais macio e dúctil que proporciona tenacidade e resistência.
Métodos de endurecimento de reductores
Carburação
A cementação é um processo de cementação amplamente utilizado que aumenta a dureza da superfície do aço de baixo carbono ao introduzir carbono em sua camada externa. O componente de aço é aquecido em um ambiente rico em carbono, geralmente em altas temperaturas entre 800°C e 1050°C. Átomos de carbono do meio circundante se difundem na superfície do aço, formando uma camada de alto carbono.
Após a cementação, o componente é temperado e revenido para produzir uma camada de superfície dura e resistente ao desgaste com boa tenacidade e resistência à fadiga. A profundidade do case e a dureza podem ser controladas ajustando o tempo de cementação, a temperatura e o potencial de carbono da atmosfera do forno.
Nitretação
A nitretação melhora as propriedades da superfície do aço introduzindo nitrogênio na camada superficial. A peça de aço é aquecida a uma temperatura relativamente baixa (geralmente entre 480°C e 620°C) em um ambiente rico em nitrogênio, como gás amônia ou um banho de sal contendo nitrogênio.
Átomos de nitrogênio se difundem na superfície do aço, formando precipitados de nitreto duro. A nitretação produz uma camada fina e muito dura com excelente resistência ao desgaste, resistência à fadiga e resistência à corrosão. Ela causa distorção mínima e pode ser aplicada a peças acabadas.
Cianetação
No processo de cianeto, a peça de aço é imersa em um banho fundido de sais de cianeto (como cianeto de sódio ou cianeto de potássio) a temperaturas que variam de cerca de 800°C a 950°C. O processo introduz carbono e nitrogênio na superfície, criando um efeito de carbonitretação.
Após o tratamento, a peça é temperada e então enxaguada para remover qualquer cianeto residual. A cianeto produz uma camada fina e dura com boa resistência ao desgaste, mas o uso de sais tóxicos de cianeto apresenta preocupações ambientais e de segurança.
Endurecimento por Indução
O endurecimento por indução usa indução eletromagnética para aquecer rapidamente a superfície de uma peça de aço com teor de carbono suficiente. A peça é colocada em ou perto de uma bobina de cobre que carrega uma corrente alternada de alta frequência. Isso induz correntes parasitas na superfície da peça de trabalho, fazendo com que ela aqueça acima da temperatura de transformação.
Imediatamente após o aquecimento, a peça é rapidamente temperada, geralmente com água, óleo ou uma solução de polímero. Isso faz com que a camada de superfície aquecida se transforme em martensita, resultando em uma reductores dura e resistente ao desgaste. O endurecimento por indução é rápido, energeticamente eficiente e pode endurecer seletivamente áreas específicas de uma peça.
Outros Métodos
Alguns outros métodos de endurecimento de case incluem:
- Carbonitretação: Carbono e nitrogênio são introduzidos simultaneamente na superfície do aço em temperaturas mais baixas do que a cementação convencional. Ele forma uma camada superficial fina, mas muito dura.
- Nitrocarbonetação Ferrítica: Nitrogênio e carbono são difundidos na superfície de ligas ferrosas em temperaturas subcríticas, melhorando a resistência ao desgaste, à corrosão e à fadiga.
- Endurecimento por chama: Uma chama direta de oxigênio aquece rapidamente uma área de superfície específica de uma peça de aço de alto carbono, seguida de têmpera. Ela pode endurecer seletivamente componentes grandes.
Vantagens do endurecimento de reductores
O cementação oferece diversas vantagens importantes para otimizar o desempenho de componentes mecânicos:
- Melhor resistência ao desgaste: A camada de superfície dura minimiza danos causados por abrasão, desgaste por deslizamento e contato de metal com metal.
- Resistência à fadiga melhorada: Tensões residuais compressivas no caso melhoram a resistência a falhas por fadiga.
- Resistência mantida: O núcleo resistente e dúctil oferece resistência a impactos e choques, evitando fraturas frágeis.
- Endurecimento seletivo:Áreas específicas podem ser endurecidas e outras regiões podem ficar sem tratamento.
- Custo-efetividade: Permite o uso de aços de baixo carbono e baratos para o material a granel, em vez de ligas caras e endurecidas.
