O que é Case Hardening?

A capacidade de resistir ao desgaste e à indentação são dois atributos muito importantes de certos tipos de metais. A dureza, a medição dessas propriedades, é uma consideração fundamental ao decidir qual metal escolher. Para garantir que a dureza do substrato metálico seja adequada, alguns metais alteram sua dureza superficial por meio de um método chamado endurecimento superficial.

O endurecimento da caixa é uma técnica para melhorar a durabilidade e a aparência de uma superfície metálica, na qual a superfície metálica é reforçada pela adição de uma camada fina na superfície superior de outra liga metálica. A fina camada de liga geralmente é mais dura e durável que o metal original.

O que é Case Hardening?

O endurecimento da caixa também é chamado de “endurecimento da superfície”. É um processo de tratamento térmico que endurece a superfície da peça metálica enquanto mantém o interior da peça relativamente macio.

Para ferro ou aço com baixo teor de carbono, o procedimento de endurecimento geralmente envolve a adição de carbono ou nitrogênio adicional à superfície. Os metais sólidos contêm moléculas e átomos que estão firmemente empacotados em uma estrutura cristalina. Quando o carbono se difunde do material carbonáceo na superfície do aço de baixo carbono ou liga de aço para a estrutura cristalina, a resistência e a dureza da camada externa aumentarão acentuadamente. A profundidade de difusão de carbono da casca pode ser finamente controlada para determinar as propriedades mecânicas da casca.

Por que Case Harden?

Existem muitas razões para endurecer a superfície de um material em vez de tentar endurecer um objeto de metal inteiro. Uma das razões é a eficiência. Comparado com toda a seção transversal do metal, menos energia e tempo são necessários para aquecer a superfície mais externa do metal. Essas eficiências podem economizar muito custo em operações de fabricação em grande escala.

As peças cementadas são muito adequadas para peças que estão em constante contato com peças duras ou abrasivas, porque as peças endurecidas na superfície são mais resistentes ao desgaste e geralmente são mais fortes do que as peças que passaram pelo procedimento de “endurecimento embora”, porque o núcleo das peças endurecidas de superfície é macia, por isso pode suportar maior estresse sem rachar. Durante o processo de endurecimento da superfície, temperaturas mais baixas também são aplicadas a vários metais (como camadas finas de aço) durante o processo de fabricação para evitar deformações.

Tipos de métodos de proteção de caso

Aquecimento e têmpera

Também chamado de endurecimento por chama ou indução. Como o nome sugere, este processo de endurecimento da superfície do metal envolve chama ou calor. Nesse processo, as peças de aço de alto carbono são aquecidas a temperaturas extremas por chama de oxigênio ou aquecimento por indução e, em seguida, as peças de aço carbono aquecidas serão rapidamente resfriadas por um refrigerante (geralmente água). Esta extinção por chama só tem um bom efeito em aço ou ferro com teor de carbono suficiente. O teor de carbono deve ser de 0,3-0,6% em peso C. Para materiais de aço ou ferro com teor de carbono inferior a este valor, existem outros processos, como nitretação e cementação.

Nitretação

A nitretação é outra forma de tecnologia de endurecimento de superfície. Neste processo, as peças de aço são aquecidas a 484-621°C em um ambiente de amônia e amônia dissociada. A profundidade da superfície endurecida depende de quanto tempo a peça de aço permanece no ambiente de amônia. Este método deve usar elementos como cromo, molibdênio e alumínio para formar nitretos para endurecer a superfície das peças de aço. A temperatura elevada e a exposição ao nitrogênio promoverão a formação de nitretos, que são inerentemente muito duros e resistentes ao desgaste. Este processo só é eficaz quando o metal endurece com elementos que podem formar nitretos (como cromo e molibdênio). A nitretação geralmente requer uma temperatura mais baixa do que o aquecimento e a têmpera e não requer um processo de têmpera, reduzindo assim a deformação.

Carburização

A cementação é outra forma de endurecimento superficial amplamente utilizada para melhorar as propriedades mecânicas dos substratos de aço. No processo de cementação, a liga de aço é aquecida a alta temperatura e depois exposta a uma grande quantidade de carbono em sua superfície. Dependendo dos requisitos da aplicação, a fonte externa de carbono pode ser gasosa, líquida ou sólida. Uma grande quantidade de carbono externo formará carbonetos com outros elementos na superfície do aço. Esses carbonetos proporcionam maior dureza e resistência ao desgaste. Semelhante à nitretação, os requisitos de aquecimento são geralmente menores e podem resultar em menos deformação.

Vantagens do endurecimento de camada

1. O endurecimento da superfície melhora a durabilidade e o uso econômico de peças de aço

Uma das principais vantagens do endurecimento da caixa é que ele proporciona maior durabilidade para os componentes de aço. A resistência mecânica e a dureza superficial produzida pelo endurecimento superficial, bem como a retenção do núcleo mole, melhoram significativamente a resistência ao desgaste e a vida em fadiga do componente. A retenção de um núcleo mais macio pode melhorar a capacidade de absorver a energia liberada pela carga de impacto, ajudando assim a prolongar a vida útil e as vantagens econômicas.

2. O endurecimento da superfície permite que o aço com excelente usinabilidade seja usado para aplicações pesadas

Geralmente, as ligas usadas para aplicações pesadas têm baixa usinabilidade porque precisam ser mais duras e resistentes. Nesse caso, o processo de endurecimento da superfície permite que o aço de baixo carbono com usinabilidade de precisão seja usado em aplicações de armas e pistolas, bem como outras aplicações pesadas semelhantes que exigem resistência mecânica, tratamento de superfície fino e geometria precisa. O subsequente endurecimento da superfície após o processamento proporciona excelente resistência ao desgaste e dureza para a superfície de peças usinadas com precisão.

3. O endurecimento da superfície melhora a soldabilidade do aço

O endurecimento da superfície melhora a soldabilidade do aço, o que é importante para certas aplicações de engenharia.

4. O endurecimento da superfície por nitretação pode minimizar a deformação

O endurecimento da superfície do aço por nitretação pode produzir uma superfície de suporte de carga de baixo custo e resistente ao desgaste com deformação mínima. Em temperaturas em torno de 150°C (302°F), a superfície nitretada não perderá a dureza como o aço cementado.

Conclusão

Em aplicações onde os componentes estão sujeitos a cargas de choque, vibrações e condições de desalinhamento, o aço cementado é a primeira escolha. Diferentemente do aço temperado, o aço de baixo carbono e o aço-liga endurecidos na superfície tornam-se resistentes, fortes, duros e não quebradiços. O endurecimento da superfície também produz uma superfície resistente ao desgaste, proporcionando durabilidade e confiabilidade.