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Ferros & Aços VII

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Tópicos: Cementação |

O endurecimento do aço via tratamento térmico tem como contrapartida prejuízos em outras propriedades, como maior fragilidade, menor resistência à fadiga e outras. Em algumas aplicações, é bastante desejável que apenas a superfície seja endurecida. É o caso, por exemplo, de engrenagens, nas quais a superfície deve ser dura o bastante para resistir ao desgaste provocado pelo contato dos dentes e o interior deve apresentar propriedades típicas de um aço não endurecido.


1) Cementação

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É certamente o método mais antigo para endurecimento superficial de aços. Dados históricos revelam que tem sido usado desde a época do Império Romano. Basicamente, o processo consiste em aumentar o teor de carbono de uma fina camada na superfície da peça e posterior tratamento de têmpera e revenido. Assim, se o aço é de baixo carbono, apenas a camada superficial é endurecida e o interior mantém as características de ductilidade e tenacidade. Isso proporciona uma combinação das propriedades desejáveis de resistência ao desgaste e estabilidade estrutural.

A difusão é proporcionada pelo carbono fornecido por algum meio, em temperaturas nas quais ela possa ocorrer. Normalmente na faixa da austenita, de 840 a 1000°C.

A espessura da camada cementada varia com a temperatura e o tempo de tratamento. O gráfico da Figura 1-I dá exemplo aproximado de duas curvas típicas. Em geral, a profundidade máxima usada está perto de 1,2 mm e o teor de carbono na superfície está na faixa de 0,8 a 1,0%.


Fig 1-I

Na cementação sólida a peça é envolvida em uma mistura de carvão vegetal granulado e reagentes. Um meio adequado, como uma caixa, mantém o conjunto que recebe aquecimento conforme ilustração da Figura 1-II. Um reagente usual é o carbonato de bário, que se decompõe e libera o dióxido de carbono:

BaCO3 → BaO + CO2

Há também formação a partir do carvão:

C + O2 → CO2

E o dióxido reage com o carbono:

CO2 + C → 2 CO

O monóxido de carbono reage com o ferro:

2 CO + 3 Fe → Fe3C + CO2


Fig 1-II

A cementação sólida tem, entre outros, os aspectos positivos da simplicidade, do baixo custo dos dispositivos e materiais, da menor tendência ao empenamento devido ao apoio integral da peça no meio sólido. Entretanto, é um método pouco prático para produção em larga escala, tem pouca flexibilidade, não há controle preciso de temperatura e de profundidade da camada.

Na cementação gasosa o carbono é fornecido por um gás de hidrocarboneto como propano, etano, metano. O propano é provavelmente o mais usado. Em geral, o gás é parcialmente oxidado em um dispositivo denominado gerador para produzir uma atmosfera de CO e H2, que é fornecida ao forno. Em relação à cementação sólida, o processo apresenta vantagens claras, como ambiente limpo, controle preciso das condições, menor tempo, etc. Entretanto, o custo dos equipamentos é alto e exige operação mais especializada, pois há uma variedade de parâmetros a controlar.

Na cementação líquida, as peças são imersas em um banho de sal fundido, em temperaturas na faixa de 840 a 955°C. Ocorre uma série (aqui não citada) de reações químicas que resultam na difusão superficial do carbono. Um dos sais mais usados é o cianeto de sódio (NaCN).

A cementação líquida requer um tempo (1 a 4 h) significativamente menor que os processos anteriores. O controle é preciso e há menor tendência ao empenamento. Entretanto, o trabalho com esse tipo de sal exige cuidados especiais de segurança e proteção ambiental. Além disso, o tratamento e a disposição final dos resíduos são onerosos.
Referências
Bouché, Ch. Leitner, A. Sans, F. Dubbel. Manual da Construção de Máquinas. São Paulo, Hemus, 1979.
Faires, V. M. Elementos Orgânicos de Máquinas. Rio, Livros Técnicos, 1976.
Chiaverini, V. Aços e Ferros Fundidos. São Paulo, ABM, 1982.

Topo | Rev: Set/2009