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.
Revestimentos de nitreto de titânio e carboneto de titânio
Nitreto de titânio (um material cerâmico extremamente duro) ou revestimentos de carboneto de titânio podem ser usados nas ferramentas feitas desse tipo de aço através do processo de deposição física de vapor para melhorar o desempenho e a vida útil da ferramenta.
O TiN tem uma dureza Vickers de 1800–2100 e tem uma cor dourada metálica. Um uso bem conhecido para o revestimento de TiN é para retenção de borda e resistência à corrosão em ferramentas de máquinas, como brocas e fresas, muitas vezes melhorando sua vida útil por um fator de três ou mais.
O TiC é um material cerâmico refratário extremamente duro (Mohs 9–9,5), semelhante ao carboneto de tungstênio. Também é usado como um revestimento de superfície resistente à abrasão em peças metálicas, como brocas de ferramentas e mecanismos de relógios. O carboneto de titânio também é usado como revestimento de escudo térmico para a reentrada atmosférica de espaçonaves.
Por exemplo, o aço rápido de molibdênio – AISI M2 é o HSS industrial “padrão” e mais amplamente utilizado. Este tipo de aço pode ser revestido com nitreto de titânio. Os aços rápidos de molibdênio são designados como aços do Grupo M de acordo com o sistema de classificação AISI. O M2 HSS possui carbonetos pequenos e distribuídos uniformemente, proporcionando alta resistência ao desgaste, embora sua sensibilidade à descarbonetação seja um pouco alta. Geralmente é usado para fabricar uma variedade de ferramentas, como brocas, machos e alargadores. Os teores de carbono e liga são equilibrados em níveis suficientes para fornecer alta resposta de endurecimento atingível, excelente resistência ao desgaste, alta resistência aos efeitos de amolecimento de temperatura elevada e boa tenacidade para uso eficaz em aplicações de corte industrial.
Outros métodos de endurecimento
O endurecimento por tratamento de superfície pode ser classificado ainda como tratamentos de difusão ou tratamentos de aquecimento localizado. Os métodos de difusão introduzem elementos de liga que entram na superfície por difusão, seja como agentes de solução sólida ou como agentes de endurecimento que auxiliam na formação de martensita durante a têmpera subsequente. Neste processo, a concentração do elemento de liga é aumentada na superfície de um componente de aço. Os métodos de difusão incluem:
- Carburação. 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.
- 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.
- Entediante. A boretação, também chamada de borotização, é um processo de difusão termoquímica semelhante à nitrocarbonetação, no qual os átomos de boro se difundem no substrato para produzir camadas superficiais duras e resistentes ao desgaste. O processo requer alta temperatura de tratamento (1073-1323 K) e longa duração (1-12 h), podendo ser aplicado a uma ampla gama de materiais como aços, ferro fundido, cermets e ligas não ferrosas.
- Endurecimento de titânio-carbono e nitreto de titânio. Nitreto de titânio (um material cerâmico extremamente duro), ou revestimentos de carboneto de titânio podem ser usados nas ferramentas feitas deste tipo de aço através do processo de deposição física de vapor para melhorar o desempenho e a vida útil da ferramenta. O TiN tem uma dureza Vickers de 1800–2100 e tem uma cor dourada metálica.
Métodos de aquecimento localizado para cementação incluem:
- Endurecimento por chama. O endurecimento por chama é uma técnica de endurecimento de superfície que usa uma única tocha com uma cabeça especialmente projetada para fornecer um meio muito rápido de aquecer o metal, que é então resfriado rapidamente, geralmente usando água. Isso cria uma “caixa” de martensita na superfície, enquanto o núcleo interno do objeto permanece elástico e resistente. É uma técnica semelhante ao endurecimento por indução. Um teor de carbono de 0,3–0,6% em peso C é necessário para este tipo de endurecimento.
- Endurecimento por indução. O endurecimento por indução é uma técnica de endurecimento de superfície que usa bobinas de indução para fornecer um meio muito rápido de aquecer o metal, que é então resfriado rapidamente, geralmente usando água. Isso cria uma “caixa” de martensita na superfície. Um teor de carbono de 0,3–0,6% em peso C é necessário para este tipo de endurecimento.
- Endurecimento a laser. O endurecimento a laser é uma técnica de endurecimento de superfície que usa um feixe de laser para fornecer um meio muito rápido de aquecimento do metal, que é então resfriado rapidamente (geralmente por auto-têmpera). Isso cria uma “caixa” de martensita na superfície, enquanto o núcleo interno do objeto permanece elástico e resistente.
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