Engenharia Metalúrgica

Apresentação em tema: "Engenharia Metalúrgica"— Transcrição da apresentação:

1 Engenharia Metalúrgica
MINISTÉRIO DA EDUCAÇÃO INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO, CIÊNCIA E TECNOLOGIA MINAS GERAIS IFMG – CAMPUS OURO BRANCO Engenharia Metalúrgica Aula 09: Tratamentos Termoquímicos* *adaptado a partir do material do prof. Hiller A. Vieira Eric Bartulici Mestre em Engenharia de Materiais (UFMG) Engenheiro Metalúrgico (EM-UFOP)

2 Tipos de Tratamentos Termoquímicos:
Os Principais tipos de tratamentos termoquímicos são: Cementação ( C ); Nitretação ( N ); Cianetação ( CN ); Carbonitretação (C + N ); Nitrocarbonetação ( N + C ); Boretação ( B ); Tratamentos Termorreativos ( Cx + Nx + CyN2x)( V, Nb, Ta, Cr, W e Mo).

3 “É a matéria sendo transportada através da matéria”
Difusão Termoquímica “É a matéria sendo transportada através da matéria” No caso da ligas a difusão é realizada concomitantemente pela: • Superfície; • Contorno de Grão; • Através do volume sólido (Grão); Dentro dos grãos a movimentação dos átomos se dá: • Através dos defeitos na rede cristalina • Através dos interstícios • Forçosamente substituindo átomos

4 Q volume (grão) > Q contorno de grão > Q superfície
Difusão Termoquímica A difusão termoquímica recebe este nome, pois a energia de ativação “Q” é a energia térmica. Assim sendo: Q volume (grão) > Q contorno de grão > Q superfície Os gradientes energéticos facilitam a movimentação de átomos através da estrutura sólida. A facilidade de difusão é inversamente proporcional a maior quantidade de energia de ativação (coeficiente de difusão).

5 Fotomontagem da Cementação:

6 Cementação/Carbonetação:
Definição: Define-se como Cementação ou Carbonetação a introdução de Carbono na superfície do aço de modo que quando depois de temperado, esta superfície apresente-se mais dura que as demais partes da peça tratada. Tipos Cementação: • A altas temperaturas - (Profundidade); • Sólida ou “em caixa” - (Resfriamento lento e C sólido); • Liquida – Através de banhos de sais fundidos; • Gasosa – Utilização de gases (CH4, C2H6, C3H8,etc.); • Vácuo;

7 Cementação/Carbonetação:
Análise da camada cementada: • Concentração de carbono antes do tratamento; • Tempo do tratamento (+ t) (+ C); • Temperatura (+T) (+C ); • Agente Carbonetante (Facilidade de fornecer carbono); • Velocidade de Fornecimento do Agente Carbonetante (Inércia química).

8 Cementação/Carbonetação:
Relação entre profundidade e temperatura na cementação:

9 Cementação/Carbonetação:
Cementação a altas temperaturas:

10 Cementação/Carbonetação:
Reações fundamentais na cementação: Reação com gás carbônico (CO): 2 CO(g) + 3 Fe(s) → Fe3C(s) + CO2 (g) Reação com gás metano (CH4): CH4(g) + 3 Fe(s) → Fe3C + 2 H2 (g)

11 Cementação/Carbonetação:
Tratamentos Térmicos na Cementação: Normalização: Para permitir usinagem e retificação das peças. Acontece anteriormente ao processo de cementação, ou seja, antes do tratamento propriamente dito; Têmpera: Aumento da dureza ( maximização da capacidade de endurecimento conseguida pela cementação). Acontece posteriormente ao tratamento de cementação.

12 Tipos de Tratamentos Termoquímicos:
Cementação sólida ou em caixa: Carvão + O2 →CO2 Carvão + CO2 →CO Gás tóxico e muito venenoso BaCO3 + Carvão → BaO + CO + Energia Substância ativadora (ou outros carbonatos); [2 CO + 3Fe → Fe3C + CO2] [(C) + 3Fe → Fe3C ]

13 Tipos de Tratamentos Termoquímicos:
Cementação sólida ou em caixa: Substâncias carbonáceas são sólidas portanto cementação sólida; Misturas carburizantes: carvão de madeira; aglomerado com 5% à 20% de óleo comum ou óleo de linhaça; Substância ativadora (50% à 70% de carbonato de bário).

14 Tipos de Tratamentos Termoquímicos:
Cementação sólida ou em caixa: • Utilização de grande variedade de Fornos; • Precisam de resfriamento lento após a cementação; • Dificuldade de desempacotamento das peças • Processo de cementação mais lento; • Temperaturas usuais: 815 a 955°C (às vezes 1095°C); • Profundidade da camada cementada (0,6 a 6,9mm); • Material das caixas: aço carbono revestida de alumínio > aço inox > aço C.

15 Tipos de Tratamentos Termoquímicos:
Cementação sólida ou em caixa: Forno Industrial Jung TT 200 Forno Industrial Jung TT 200

16 Tipos de Tratamentos Termoquímicos:
Cementação Gasosa: CH4 → (C) + H2 80 a 90% do gás natural (gás metano); C2H6 → (C) + CH4 + H2 10 a 20% do gás natural (gás etano); C3H8 → (C) + XC2H6 + YCH4 + 2H2 (gás propano) + Gás veiculo (diluir o gás cementante e não deixar diminuir a temperatura devido as reações).

17 Tipos de Tratamentos Termoquímicos:
Cementação Gasosa: Caracterísitcas •Cementação mais limpa que a sólida; •Tratamento mais complexo (segurança, controle e técnica de operação); •Profundidade da camada cementada: 0,5 a 2,0mm; •Equipamento de cementação gasosa é bastante caro (Possibilidade de processo continuo); •Temperatura e tempo (profundidade de difusão); •Possibilita têmpera direta (Evitando o resfriamento).

18 Tipos de Tratamentos Termoquímicos:
Cementação Gasosa: Equipamentos Forno para cementação gasosa à atmosfera controlada.

19 Tipos de Tratamentos Termoquímicos:
Cementação Gasosa: Equipamentos Equipamento para cementação gasosa processo continuo.

20 Tipos de Tratamentos Termoquímicos:
Cementação por banho de sais: Cementação Líquida. 2 NaCN → Na2CN2 + (C) 2 CO + 3Fe → Fe3C + CO2 NaCN + CO2 → NaCNO +CO Profundidade da camada cementada: Banhos para baixa temperatura:0,13 a 0,25mm; Banhos para alta temperatura:0,5 a 3,0mm; Proteção efetiva contra a descarbonetação; Produz resíduos tóxicos de cianeto (Processo de Durofer)(polímero).

21 Tipos de Tratamentos Termoquímicos:
Cementação por banho de sais: Cementação Líquida. Forno para cementação líquida- com aquecimento externo.

22 Tipos de Tratamentos Termoquímicos:
Cementação por banho de sais: Cementação Líquida. Forno para cementação líquida- com aquecimento externo.

23 Tipos de Tratamentos Termoquímicos:
Cementação a Vácuo: Processo similar a cementação gasosa. Os gases são evacuados e preenchidos com gás nitrogênio. As peças são imediatamente temperadas.

24 Tipos de Tratamentos Termoquímicos:
Cementação a Vácuo: Forno de câmara simples.

25 Tipos de Tratamentos Termoquímicos:
Cementação a Vácuo: Forno de câmara dupla.

26 Nitretação Nitretação: Aços para Nitretação;
Microestrutura cementada; Nitretação: Niagrama de equilíbrio Ferro-Nitrogênio; Nitretação a gás; Aços empregados na nitretação; Forno para nitretação gasosa; Nitretação a plasma.

27 Aços para Cementação: Aços Carbono:
• Superfície resistente ao desgaste com núcleo tenaz • 1016 / 1018 / 1019 / 1022 • Peças pequenas / temperadas em água; • Aplicações onde não é exigido baixa distorção. Aços Baixa-liga: • Superfície resistente ao desgaste/núcleo resistente e dútil; • 4023 / 5110 / 4118 / 8620 / 4620; • Temperados em óleo / baixa distorção; Aços Média-liga • aplicações onde é exigido menor distorção; • 4320 / 4817 / 9310.

28 Microestrutura Cementada:

29 Nitretação: Definição: Introdução de Nitrogênio na superfície do aço
Temperatura do tratamento: 500 a 570°C Não é necessário têmpera posterior. Tipos de nitretação: Gasosa; Líquida; Iônica ou a plasma. Razões de se fazer a nitretação: Obter altíssima dureza superficial (70Rc) e alta resistência ao desgaste; Melhorar a resistência à fadiga e a corrosão (exceto para os aços inoxidáveis).

30 Diagrama de Equilíbrio Fe-Ni:

31 Nitretação a gás:

32 Nitretação a gás: Aços empregados:
Aços de baixa liga contendo alumínio; Aços de médio carbono, ao cromo, das séries 41xx, 43xx, 51xx, 61xx, 86xx, 87xx e 98xx; Aços ferramenta com 5% cromo; Aços inoxidáveis nitrônicos, Ferríticos, Martensíticos; Aços conter alumínio ou cromo (Ideal série Nitraloy – 1%Al e 1,2%Cr).

33 Nitretação a gás: Têmpera e revenimento a 25°C acima da temperatura de nitretação para garantir estabilidade dimensional; Usinagem grosseira; Revenimento para alívio de tensões a (500°a 600°C); Usinagem Final; Nitretação; Retífica.

34 Nitretação a Gás:

35 Forno de Nitretação Gasosa:

36 Nitretação a Plasma:

37 Nitretação a Plasma:

38 Nitretação a Plasma: