Carbonitretação

Carbonitretação

Introdução:

Carbonitretação é um processo modificado de cementação gasosa. A modificação consiste na introdução de amônia na atmosfera do forno, que já contém gases cementantes.O nitrogênio nascente, oriundo da dissociação da amônia, difunde no aço, juntamente com o carbono, em temperaturas entre 760 e 900 oC.

Após o processo de carbonitretação, são feitos têmpera e revenimento, objetivando obter peças com uma camada superficial dura e de alta resistência ao desgaste, com espessura entre 0,07 e 0,8 mm.

Por empregar menores temperaturas que a cementação gasosa e, normalmente, menores tempos, a espessura da camada produzida é menor.

A utilização de menores temperaturas e meio de têmpera menos severo (utiliza-se normalmente óleo ou gás), provoca menores níveis de distorção, implicando em menor retrabalho para endireitamento de peças tratadas e melhor qualidade em termos dimensionais.

Comparada com outros processos termoquímicos, particularmente com a cementação, a carbonitretação fornece uma camada superficial de menor espessura, porém com maior resistência à fadiga e ao impacto; sua resistência ao amolecimento pelo calor também é maior, tanto no processo de revenimento como em serviços à temperaturas superiores à ambiente.

Carbonitretação, têmpera e revenimento:

1- Atmosfera para carbonitretação

A atmosfera utilizada para carbonitretação é produzida adicionando-se 2 a 10 % de amônia na atmosfera padrão para cementação gasosa.

Os fatores principais que determinam a quantidade de amônia na atmosfera são:

velocidade de circulação da atmosfera: quanto maior a velocidade de circulação da

atmosfera no forno, menor é a porcentagem de amônia requerida.

tempo de ciclo no forno: o teor de nitrogênio absorvido pelo aço aumenta com o tempo do ciclo; assim, para uma determinada espessura de camada desejada, ciclos mais longos exigem menores porcentagens de amônia da atmosfera.

temperatura do forno: aumentando a temperatura de carbonitretação, diminui a quantidade de nitrogênio absorvido pelo aço; para compensar o efeito do aumento da temperatura é necessário aumentar a porcentagem de amônia da atmosfera.

tipo de aço: a fim de evitar excesso de austenita retida (gR) na superfície das peças carbonitretadas, deve-se diminuir a porcentagem de amônia da atmosfera utilizada para tratar aços ligados, principalmente àqueles contendo Ni e/ou Mn.

2- Efeitos da temperatura e tempo de carbonitretação, circulação de atmosfera e arranjo da carga sobre a homogeneidade da camada.

Como previsto pelas leis de difusão, aumentando a temperatura e/ou tempo de carbonitretação, aumenta a profundidade da camada obtida.

Para se obter uma camada carbonitretada uniforme em toda a superfície da peça, é importante

que, tanto a temperatura como a atmosfera, sejam homogêneas no forno, durante todo o ciclo. No caso de forno câmara (batch), é necessário um ventilador para conseguir uma circulação forçada de ar.

3- Composições da camada

A distribuição de C e N ao longo da espessura da camada depende da:

composição da atmosfera

temperatura e tempo de carbonitretação

composição do aço

4- Têmpera

Como mencionado, após o ciclo de carbonitretação a peça deve ser temperada, objetivando

transformar a austenita em martensita. A seleção do meio de têmpera depende da:

distorção permitida

forma e tamanho da peça

composição química do aço (temperabilidade)

dureza desejada

tipo de forno utilizado

Os meios de têmpera comumente utilizados para resfriar peças carbonitretadas são: água, óleo e gás (no sentido decrescente de severidade da têmpera).

5- Revenimento

O revenimento objetiva eliminar os efeitos indesejáveis da estrutura martensítica.

Peças de aço de baixo carbono carbonitretadas são revenidas entre140 e 180 oC objetivando estabilizar a austenita retida (gR) presente na estrutura e minimizar as variações dimensionais que poderiam originar-se a partir de sua transformação em martensita.

Temperatura de revenimento entre 180 e 210 oC objetiva diminuir a fragilidade da camada carbonitretada,

Maiores temperaturas de revenimento podem ser empregadas em aços, originalmente com médio teor de carbono, quando objetiva-se diminuir riscos de falhas por impacto e fadiga.

Aços para carbonitretação e aplicações

Os aços normalmente carbonitretados são de série ABNT/SAE 100, 1100, 1200, 1300, 1500, 4100, 5100, 6100 e 8600, com carbono até 0,25%.

Quando se deseja obter uma combinação de tenacidade, dureza e resistência ao desgaste utilizam-se aços destas mesmas séries, com carbono entre 0,35 e 0,50%; recomenda-se camadas de 0,3 a 0,5 mm, têmpera em óleo e revenimento a temperaturas altas, obtendo-se um núcleo constituído por martensita revenida.

Em muitas aplicações, utilizam-se aços ao carbono (mais barato e de melhor usinabilidade) carbonitretados, obtém-se propriedades equivalentes àquelas obtidas cementando-se aços ligados.

Recozimento

O termo recozimento se refere a um tratamento térmico no qual um material é exposto a uma temperatura elevada por um período de tempo prolongado, sendo ele então resfriado lentamente.

São listados três tipos de objetivos em um processo de recozimento:

Aliviar as tensões;

Tornar o material mais mole, dúctil e tenaz;

Produzir uma microestrutura específica;

O processo de recozimento consiste em três etapas:

Aquecimento