Tratamento Termoquimico

Tratamento Termoquímico: Nitretação

1. Introdução

1.1 Tratamento térmico dos aços

Os procedimentos convencionais de tratamento térmico para a produção de aços martensíticos envolvem normalmente o resfriamento rápido e contínuo de uma amostra austenitizada em algum tipo de meio de resfriamento rápido (têmpera), tal como a água, o óleo ou o ar. As propriedades ótimas de um aço que foi temperado e revenido podem ser obtidas somente se durante o tratamento térmico por têmpera a amostra tiver sido transformada de modo a conter um alto teor de martensita; a formação de qualquer perlita e/ou bainita irá resultar em uma combinação de características mecânicas piores. Durante o tratamento por têmpera, é impossível resfriar toda a amostra a uma taxa uniforme – a superfície irá sempre resfriar mais rapidamente do que as regiões no interior. Portanto, a austenita irá se transformar em uma faixa de temperaturas, acarretando uma possível variação na microestrutura e nas propriedades em função da posição na amostra.

O sucesso do tratamento térmico em aços para produzir uma microestrutura predominantemente martensítica em toda a seção transversal depende principalmente de três fatores:

• Composição da liga

• Tipo e natureza do meio de resfriamento

• Tamanho e forma da amostra

1.2 Endurecibilidade

A influência da composição da liga sobre a habilidade de uma liga de aço em se transformar em martensita para um tratamento por têmpera específico está relacionada a um parâmetro chamado de endurecibilidade. Para cada liga de aço diferente existe uma relação específica entre as propriedades mecânicas e a taxa de resfriamento.

Endurecibilidade é um termo usado para descrever a habilidade de uma liga em ser endurecida pela formação de martensita como resultado de um dado tratamento térmico. Endurecibilidade não é o mesmo que dureza, que é a resistência à identação; ao invés disso, a endurecibilidade é uma medida qualitativa da taxa na qual a dureza cai com a distância, em direção ao interior de uma amostra, como resultado de um menor teor de martensita. Uma liga de aço que possui uma endurecibilidade elevada é aquela que endurece ou que forma martensita, não apenas na superfície, mas também, em elevada porcentagem ao longo de todo o seu interior.

1.3 Dureza

A dureza consiste em uma medida da resistência de um material a uma deformação plástica localizada. Os primeiros ensaios de dureza foram baseados em minerais naturais, com uma escala construída unicamente em função da habilidade de um material riscar outro material mais mole. Um sistema qualitativo e um tanto quanto arbitrário de indexação da dureza foi assim concebido, denominado escala Mohs, que varia desde um para o talco, no inicio de baixa dureza da escala, até dez, para o diamante. Ao longo dos anos foram desenvolvidas técnicas quantitativas de dureza, nas quais um pequeno penetrador é forçado contra a superfície de um material a ser testado, sob condições controladas de carga e de taxa de aplicação. A profundidade ou o tamanho da impressão resultante é a medida, a qual, por sua vez, é relacionada a um número de dureza; quanto mais macio for o material, maior e mais profunda será a impressão e menor será o número índice de dureza. As durezas medidas são apenas relativas (ao invés de absolutas), e deve-se tomar cuidado ao comparar valores determinados por diferentes técnicas.

Os ensaios de dureza são realizados mais freqüentemente do que qualquer outro ensaio mecânico, por diversas razões:

2 São simples e baratos – normalmente, nenhum corpo de prova especial precisa ser preparado e o equipamento de ensaio é relativamente barato.

3 O ensaio é não-destrutivo – o corpo de prova nem é fraturado nem excessivamente deformado; uma pequena impressão é a única deformação.

4 Outras propriedades mecânicas podem, com freqüência, serem estimadas a partir dos dados de dureza, tal como o limite de resistência à tração.

2. Nitretação

A nitretação é uma das técnicas mais utilizadas por possuir um custo viável e vantagens competitivas, como um teor de dureza alcançado superior comparado com os outros.

O processo de nitretação de superfícies se aplica, entre outras, à indústria mecânica, automotiva, hidráulica, de deformação de metais, forjaria; siderúrgica, biomédica e alimentação. O processo é utilizado no tratamento de moldes de injeção de plásticos, de peças automotivas (válvulas, engrenagens, pistões, etc.), moldes de extrusão de alumínio, ferramentas de corte e usinagem de metais, punções de matrizes para corte em geral, tratamento de próteses, etc.

Consiste basicamente no enriquecimento superficial da peça com nitrogênio, usando-se um ambiente nitrogenoso à determinada temperatura. A dureza superficial, o desgaste a corrosão e a resistência térmica são modificadas quando o nitrogênio é introduzido na fase ferrita em temperaturas pouco elevadas (entre 500°C e 570°C) o que não gera a mudança de fase com o resfriamento. As técnicas de introdução do nitrogênio variam com a ordem de importância no tratamento de metais ferrosos, refratários e, atualmente, de Alumínio.

Abordaremos algumas técnicas de Nitretação como:

• Nitretação Gasosa

• Nitretação Pressurizada

• Nitretação com leito fluidizado

• Nitretação Líquida

• Nitretação a plasma

2.1 Nitretação Gasosa

O nitrogênio é adicionado aos aços inoxidáveis principalmente porque tem o potencial de melhorar simultaneamente a resistência à corrosão (corrosão localizada, corrosão sob tensão e corrosão intergranular), a resistência