O que é cementação? - Definição, tipos e processo

O que é cementação?

A cementação é um processo de cementação no qual o carbono se difunde na camada superficial de uma peça de aço a uma temperatura alta o suficiente para alterar a estrutura do grão do aço. Essa mudança permite que o aço absorva carbono. O resultado é uma camada resistente ao desgaste que torna a cementação um processo ideal na produção de metais fortes e seguros.

A cementação é um processo de tratamento térmico no qual o ferro ou o aço absorve carbono enquanto o metal é aquecido na presença de um material contendo carbono, como carvão ou monóxido de carbono. A intenção é tornar o metal mais duro.

Dependendo da quantidade de tempo e temperatura, a área afetada pode variar em teor de carbono. Tempos de cementação mais longos e temperaturas mais altas normalmente aumentam a profundidade da difusão de carbono.

Quando o ferro ou aço é resfriado rapidamente por têmpera, o maior teor de carbono na superfície externa torna-se duro devido à transformação de austenita em martensita, enquanto o núcleo permanece macio e resistente como uma microestrutura ferrítica e/ou perlita.

Este processo de fabricação pode ser caracterizado pelos seguintes pontos principais:

• É aplicado a peças de baixo carbono;
• As peças de trabalho estão em contato com um gás de alto teor de carbono, líquido ou sólido;
• Produz uma superfície dura da peça; núcleos de peças de trabalho mantêm em grande parte sua tenacidade e ductilidade, e
• Produz profundidades de dureza da caixa de até 0,25 polegadas (6,4 mm).

Em alguns casos, serve como remédio para descarbonetação indesejada que ocorreu anteriormente em um processo de fabricação.

Método de Carburação

A cementação do aço envolve o tratamento térmico da superfície metálica usando uma fonte de carbono. A carburação pode ser usada para aumentar a dureza superficial do aço de baixo carbono. A carburação inicial usava uma aplicação direta de carvão empacotado ao redor da amostra a ser tratada, mas as técnicas modernas usam gases ou plasmas contendo carbono.

O processo depende principalmente da composição do gás ambiente e da temperatura do forno, que deve ser cuidadosamente controlada, pois o calor também pode impactar a microestrutura do restante do material. Para aplicações onde se deseja um grande controle sobre a composição do gás, a cementação pode ocorrer sob pressões muito baixas em uma câmara de vácuo.

A cementação a plasma é cada vez mais utilizada para melhorar as características da superfície de vários metais, notadamente o aço inoxidável. O processo é ecologicamente correto. Também proporciona um tratamento uniforme de componentes com geometria complexa, tornando-o muito flexível em termos de tratamento de componentes.

O processo de carburação funciona através da difusão de átomos de carbono nas camadas superficiais do metal. Como os metais são compostos de átomos fortemente ligados em uma rede cristalina metálica, os átomos de carbono se difundem na estrutura cristalina do metal e permanecem em solução ou reagem com elementos no metal hospedeiro para formar carbonetos.

Se o carbono permanece em uma solução sólida, o aço é então tratado termicamente para endurecê-lo. Ambos os mecanismos fortalecem a superfície do metal, o primeiro pela formação de perlita ou martensita e o segundo pela formação de carbonetos. Ambos os materiais são duros e resistem à abrasão.

A cementação a gás é normalmente realizada a uma temperatura na faixa de 900 a 950 °C.

Na soldagem oxi-acetileno, uma chama de cementação é aquela com pouco oxigênio, o que produz uma chama fuliginosa e de temperatura mais baixa. É frequentemente utilizado para recozimento de metal, tornando-o mais maleável e flexível durante o processo de soldagem.

Tipos de cementação

No passado, dependendo da fonte de carbono, havia três tipos de métodos de cementação:cementação sólida, cementação líquida e cementação a gás. Carvão, sal fundido e gases contendo carbono, como gás natural e propano, são usados ​​de acordo.

Existem três tipos de carburação que são comumente usados:

• Carburização a gás
• Líquidos de cementação
• Carburização sólida

Todos os três processos são baseados na transformação de austenita em martensita durante a têmpera. O aumento no teor de carbono na superfície deve ser alto o suficiente para resultar em uma camada martensítica com dureza suficiente, tipicamente 700 HV, para fornecer uma superfície resistente ao desgaste.

O teor de carbono necessário na superfície após a difusão é geralmente de 0,8 a 1,0% C. Esses processos podem ser realizados em uma variedade de aços carbono, aços-liga e ferros fundidos, nos quais o teor de carbono na massa é no máximo 0,4 % e geralmente inferior a 0,25%. O tratamento térmico incorreto pode levar à oxidação ou descarbonetação.

Embora seja um processo relativamente lento, a cementação pode ser usada como um processo contínuo e é adequada para o endurecimento superficial de alto volume.

1. Carburação a Gás

Na cementação a gás, envolve o aquecimento do aço carbono até a temperatura de austenitização na presença de uma atmosfera rica em carbono. É comum usar um gás de arraste, como o gás endotérmico (“Endo”) junto com o enriquecimento de hidrocarbonetos (gás natural ou propano).

O componente é mantido em um forno que contém uma atmosfera de metano ou propano com um gás de arraste neutro, geralmente uma mistura de N2, CO, CO2, H2 e CH4. Na temperatura de cementação, o metano (ou propano) se decompõe na superfície do componente em carbono atômico e hidrogênio, com o carbono se difundindo na superfície.

A temperatura é tipicamente 925°C e os tempos de cementação variam de 2 horas para uma carcaça com profundidade de 1 mm até um máximo de 36 horas para uma carcaça com profundidade de 4 mm. O meio de têmpera geralmente é óleo, mas pode ser água, solução salina, soda cáustica ou polímero.

2. Carburação a vácuo

Este processo de cementação envolve um ambiente de baixa pressão e livre de oxigênio. Este processo utiliza hidrocarbonetos gasosos como o metano. Como o ambiente é livre de oxigênio, a temperatura de cementação pode ser aumentada sem se preocupar com a oxidação. Quanto maior a temperatura, maior a solubilidade do carbono e a taxa de difusão, o que minimiza o tempo necessário para a profundidade do caso

3. Carburação Líquida

A cementação líquida é um processo usado para cementação de peças de aço ou ferro. As peças são mantidas a uma temperatura acima de Ac1 em um sal fundido que introduz carbono e nitrogênio, ou apenas carbono, no metal. A maioria dos banhos de cementação líquidos contém cianeto, que introduz tanto carbono quanto nitrogênio na carcaça.

Líquidos ou cianetos são cementados colocando o componente em um banho de sal a uma temperatura de 845 a 955°C. O sal geralmente é uma mistura de cianeto-cloreto-carbonato e é altamente tóxico. Os sais de cianeto introduzem uma pequena quantidade de nitrogênio na superfície, o que melhora ainda mais sua dureza. Embora seja o processo de cementação mais rápido, é adequado apenas para pequenos tamanhos de lote.

4. Carburação Sólida (Carburação em Pacote)

Em carburação sólida ou compacta é um processo no qual o monóxido de carbono derivado de um composto sólido se decompõe na superfície do metal em carbono nascente e dióxido de carbono. Os recipientes de cementação são feitos de aço carbono, aço carbono revestido de alumínio ou ligas resistentes ao calor de ferro-níquel-cromo.

Os componentes são envolvidos por um meio de cementação e colocados em uma caixa selada. O meio é geralmente coque ou carvão misturado com carbonato de bário. O processo é realmente um processo de carburação a gás, pois o CO produzido se dissocia em CO2 e carbono que se difundem na superfície dos componentes.

As temperaturas são tipicamente de 790 a 845 ° C para tempos de 2 a 36 horas. A cementação de empacotamento é o processo de cementação menos sofisticado e, portanto, continua sendo um método amplamente utilizado.

Carbonitretação

A carbonitretação é realizada em uma seção semelhante de aço, embora o teor de carbono em massa possa ser de 0,4 a 0,5%. O método é particularmente adequado para endurecer a superfície de componentes que requerem um núcleo endurecido, como engrenagens e eixos B..

A carbonitretação é uma modificação da cementação a gás na qual a amônia é adicionada ao metano ou propano e é a fonte de nitrogênio.

Perguntas frequentes.

O que é cementação?

A cementação é um caso do processo de endurecimento no qual o carbono se difunde na camada superficial de uma peça de aço a uma temperatura alta o suficiente para alterar a estrutura do grão do aço. Essa mudança permite que o aço absorva carbono.

Qual ​​é o processo de cementação?

A cementação é um processo termoquímico no qual o carbono é difundido na superfície dos aços de baixo carbono para aumentar o teor de carbono a níveis suficientes para que a superfície responda ao tratamento térmico e produza uma camada dura e resistente ao desgaste. Existem três tipos de cementação comumente usados:cementação a gás.

Quais são os três tipos de cementação?

Historicamente, existem três tipos de métodos de cementação dependendo da fonte de carbono:cementação sólida, cementação líquida e cementação a gás. Carvão vegetal, sal fundido e gases contendo carbono, como gás natural e propano, são usados ​​de forma correspondente.

Quais são os tipos de Carburação?

Tipos de Carburação

• Carburação de pacote
• Carburização a gás
• Carburização a vácuo
• Carburização líquida

Qual ​​é o propósito da carburação?

O objetivo deste processo é tornar o metal mais duro e mais manejável. A dureza do aço com baixo teor de carbono pode ser aumentada através da adição de carbono sob uma determinada forma de tratamento térmico. Quando realizado com sucesso, pode melhorar a dureza superficial do aço.

Por que a cementação é feita para o aço?

A cementação aumenta a força e a resistência ao desgaste ao difundir o carbono na superfície do aço, criando uma caixa enquanto retém uma dureza substancialmente menor no núcleo. Este tratamento é aplicado em peças de aço de baixo carbono após a usinagem, assim como rolamentos, engrenagens e outros componentes de aço de alta liga.

O que é cementação e nitretação?

A nitretação e a cementação são as duas práticas mais comuns de tratamento térmico para componentes funcionais de endurecimento de superfície. A principal diferença é que na nitretação, os átomos de nitrogênio são difundidos na superfície das peças que estão sendo processadas, enquanto na cementação, o carbono é usado.

Qual ​​é a diferença entre cementação e cementação?

O endurecimento da caixa é o processo de endurecimento apenas da superfície da peça. Também é conhecido como carburação. No processo de cementação, o componente de baixo carbono é colocado em um forno que contém uma atmosfera de carbono cuidadosamente controlada.

Qual ​​é a temperatura de cementação?

Os fornos de cementação são a gás ou aquecidos eletricamente. A temperatura de cementação varia de 870 a 940 ºC a atmosfera gasosa para cementação é produzida a partir de hidrocarbonetos líquidos ou gasosos como propano, butano ou metano.

O que é cementação líquida?

A cementação líquida é um processo normalmente utilizado para peças de pequeno e médio porte. No banho de sal, o carbono a ser difundido na peça é proveniente de um sal fundido que é uma mistura de cianeto de sódio (NaCN) e cloreto de bário (BaCl2).

Que aço pode ser cementado?

A microestrutura do núcleo não será alterada durante esse processamento em baixa temperatura. Enquanto a cementação é usada principalmente para aços de baixo carbono e aços de baixa liga, a nitretação é usada para aços de baixo carbono, aços liga, aços ferramenta e aços inoxidáveis. Aços nitretados podem ter resistência ao desgaste e dureza superiores.

Quais são as duas etapas para a cementação?

Embora a cementação atmosférica consista em várias etapas do processo, ela pode ser simplificada para incluir dois processos principais:geração de carbono no forno e difusão de carbono na peça de trabalho. O primeiro fornece átomos de carbono, enquanto o último determina o gradiente de concentração de carbono.

Por que BaCO3 é adicionado no carburador sólido?

“O processo de cementação é muitas vezes feito para endurecer a superfície da engrenagem e do came ou came (Malau, V., 1999)”. Para acelerar a penetração do carbono no corpo de prova durante o processo de pengarbonan, é necessário adicionar outros elementos como BaCO3, NaCO3 e outros.

Qual ​​dos seguintes gases é usado para cementação a gás?

Carburação a gás, incluindo um processo de carbonitretação ou nitretação a gás envolvendo o uso de gás amônia (NH3), que produz nitrogênio nascente que entra na carcaça do aço e aumenta a dureza.

Quais metais podem ser nitretos?

Alumínio, cromo, molibdênio, titânio, tungstênio e vanádio combinam-se facilmente com nitrogênio em altas temperaturas para formar nitretos dos respectivos metais. Ligas de aço com baixo teor de carbono contendo esses metais são tipicamente boas candidatas para nitretação.

Qual ​​é a diferença entre cementação e carbonitretação?

A principal diferença entre cementação e carbonitretação é que a cementação é o processo de endurecimento de uma superfície de aço usando carbono, enquanto a carbonitretação é o processo de endurecimento de uma superfície de aço usando carbono e nitrogênio.

É necessário tratamento térmico após a cementação?

O componente pode ser temperado a partir da temperatura de cementação ou pode ser reaquecido até a temperatura de austenitização apropriada e temperado. A têmpera direta é menos demorada e barata, mas não é possível na prática de carburação de pacote. Assim, as peças cementadas são invariavelmente reaquecidas e resfriadas.

A cementação muda de tamanho?

É praticamente impossível que uma peça de trabalho passe por cementação sem que haja algumas alterações dimensionais. A quantidade dessas alterações varia de acordo com o tipo de material usado, o processo de cementação pelo qual o material é submetido e o tamanho e a forma originais da peça de trabalho.

O que é a cementação de pacote?

O método mais antigo de cementação, no qual os componentes eram embalados em uma caixa adequada, juntamente com materiais contendo carbono, como carvão, cascos, couro, gordura animal e chifre, e aquecidos à temperatura de cementação.

Que tipo de difusão é a carburação?

No processo de cementação, a difusão do carbono determina o gradiente de concentração de carbono e o perfil de dureza no caso da peça. Embora a cementação seja um processo complicado, ela pode ser dividida em duas etapas principais:geração de carbono no forno e difusão de carbono na peça de trabalho.

O tratamento térmico encolhe o metal?

Trabalho experimental foi feito em muitos materiais para mostrar os efeitos do tratamento térmico na mudança de tamanho. Os efeitos são diferentes para cada grau de material. Por exemplo, um cubo de aço ferramenta D-2 de 3,15 polegadas durante o endurecimento cresceu 0,08% em uma dimensão, enquanto encolheu nas outras duas dimensões.

Por que o case hardening acontece?

O endurecimento da caixa é um método de processamento de material usado para aumentar a dureza da superfície externa de um metal. Como os processos de endurecimento reduzem a conformabilidade e a usinabilidade, o endurecimento da caixa normalmente é feito quando a maioria dos outros processos de fabricação é concluída.