O que é Carburização vs. Nitretação – Definição

Endurecimento de Superfície – Endurecimento de Caso

O endurecimento da caixa ou endurecimento da superfície é o processo no qual a dureza da superfície (caixa) de um objeto é aprimorada, enquanto o núcleo interno do objeto permanece elástico e resistente. Após esse processo, a dureza da superfície, a resistência ao desgaste e a vida útil à fadiga são aprimoradas. Isso é realizado por vários processos, como um processo de carburação ou nitretação, pelo qual um componente é exposto a uma atmosfera carbonácea ou nitrogenada em temperatura elevada. Como foi escrito, duas características principais do material são influenciadas:

• Dureza e resistência ao desgaste são significativamente melhoradas. Na ciência dos materiais, a dureza é a capacidade de resistir à indentação da superfície (deformação plástica localizada) e arranhões. A dureza é provavelmente a propriedade do material menos definida porque pode indicar resistência a arranhões, resistência à abrasão, resistência à indentação ou mesmo resistência à modelagem ou deformação plástica localizada. A dureza é importante do ponto de vista da engenharia porque a resistência ao desgaste por fricção ou erosão por vapor, óleo e água geralmente aumenta com a dureza.
• A tenacidade não é influenciada negativamente. Tenacidade é a capacidade de um material de absorver energia e deformar plasticamente sem fraturar. Uma definição de tenacidade (para alta taxa de deformação, tenacidade à fratura) é que é uma propriedade indicativa da resistência de um material à fratura quando uma trinca (ou outro defeito de concentração de tensão) está presente.

Para ferro ou aço com baixo teor de carbono, que tem baixa ou nenhuma temperabilidade própria, o processo de endurecimento envolve a infusão de carbono ou nitrogênio adicional na camada superficial. O endurecimento da caixa é útil em peças como um came ou engrenagem de anel que deve ter uma superfície muito dura para resistir ao desgaste, juntamente com um interior resistente para resistir ao impacto que ocorre durante a operação. Além disso, o endurecimento superficial do aço tem uma vantagem sobre o endurecimento direto (isto é, o endurecimento uniforme do metal em toda a peça), porque os aços de baixo carbono e médio carbono, menos caros, podem ser endurecidos superficialmente sem os problemas de distorção e rachaduras associados ao endurecimento. através do endurecimento de seções espessas. Uma camada de superfície externa rica em carbono ou nitrogênio (ou caso) é introduzido por difusão atômica da fase gasosa. A caixa tem normalmente cerca de 1 mm de profundidade e é mais dura do que o núcleo interno do material.

Cementação – Vantagens e Aplicação

A cementação é um processo de cementação no qual a concentração de carbono na superfície de uma liga ferrosa (geralmente um aço com baixo teor de carbono) é aumentada pela difusão do ambiente circundante. A cementação produz uma superfície de produto dura e altamente resistente ao desgaste (profundidades médias) com excelente capacidade de carga de contato, boa resistência à fadiga por flexão e boa resistência à apreensão. A cementação é geralmente usada para aços de baixo carbono, que são aquecidos a uma temperatura suficiente para tornar o aço austenítico, seguido de têmpera e revenimento para formar uma microestrutura martensítica. Para que uma caixa martensítica de alto teor de carbono com boa resistência ao desgaste e à fadiga seja sobreposta a um núcleo de aço resistente de baixo carbono. Em sua aplicação mais antiga, as peças eram simplesmente colocadas em um recipiente adequado e cobertas com uma espessa camada de pó de carbono (pack cementação). Hoje, a peça de aço está exposta, a uma temperatura elevada (geralmente acima de 850°C), a uma atmosfera rica em um gás hidrocarboneto, como o metano (CH₄). Na cementação a gás, comercialmente a variante mais importante da cementação, a fonte de carbono é uma atmosfera de forno rica em carbono produzida a partir de hidrocarbonetos gasosos, por exemplo, metano (CH₄), propano (C₃H₃) e butano (C₄H₁₀), ou de hidrocarbonetos líquidos vaporizados. O calor aumenta a difusão do carbono nas regiões de superfície e subsuperfície do aço. A profundidade de difusão (profundidade de caso) segue uma dependência de tempo-temperatura tal que:

Profundidade do caso ∝ D . √ Tempo

 onde o fator de difusividade, D, depende da temperatura, da composição química do aço e do gradiente de concentração de carbono na superfície. Em termos de temperatura, o fator de difusividade aumenta exponencialmente em função da temperatura absoluta. Esta taxa de difusão aumenta muito com o aumento da temperatura; a taxa de adição de carbono a 925°C é cerca de 40% maior do que a 870°C. A profundidade de qualquer invólucro cementado é uma função do tempo e da temperatura.

Nitretação

A nitretação é um processo de cementação no qual a concentração de nitrogênio na superfície de um ferroso é aumentada por difusão do ambiente circundante para criar uma superfície endurecida. A nitretação produz uma superfície dura e altamente resistente ao desgaste (profundidades de caixa rasas) do produto com capacidade razoável para carga de contato, boa resistência à fadiga por flexão e excelente resistência à apreensão. Em contraste com a cementação, na nitretação, o nitrogênio é adicionado à ferrita em vez da austenita. Portanto, a nitretação não envolve aquecimento no campo da fase austenita e uma subseqüente têmpera para formar martensita. A temperatura é significativamente mais baixa e a faixa de 500 a 550 °C é normalmente usada. Esses processos são mais comumente usados ​​em aços de baixa liga e baixo teor de carbono. Eles também são usados ​​em aços de médio e alto carbono, titânio, alumínio e molibdênio. O endurecimento mais significativo é obtido com uma classe de aços-liga (tipo nitralloy) que contém aproximadamente 1% de Al. As aplicações típicas incluem a produção de componentes de máquinas, eixos, eixos, engrenagens, virabrequins, eixos de comando de válvulas, seguidores de came, peças de válvulas, parafusos de extrusão, ferramentas de fundição sob pressão ou matrizes de forjamento.

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Veja acima:
Case Hardening