Endurecimento Superficial Explicado: Aumentando Resistência e Durabilidade da Superfície Metálica

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

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

O Que É Endurecimento De Caixa?

Endurecimento de caixa também é chamado de "endurecimento superficial". 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 de caixa geralmente envolve adicionar carbono ou nitrogênio adicional à superfície. Metais sólidos contêm moléculas e átomos que estão firmemente empacotados em uma estrutura cristalina. Quando o carbono difunde do material carbonáceo na superfície de aço de baixo carbono ou aço liga para a estrutura cristalina, a resistência e dureza da camada externa aumentarão acentuadamente. A profundidade da caixa de difusão de carbono pode ser finamente controlada para determinar as propriedades mecânicas da caixa.

Por Que Endurecer A Caixa?

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

Peças endurecidas por caixa são muito adequadas para peças que estão em contato constante com peças duras ou abrasivas, porque peças endurecidas superficialmente são mais resistentes ao desgaste, e elas são geralmente mais fortes que peças que passaram pelo procedimento de "endurecimento total", porque o núcleo de peças endurecidas superficialmente é macio, então pode suportar maior tensão sem trincar. Durante o processo de endurecimento superficial, temperaturas mais baixas também são aplicadas a vários metais (como camadas finas de aço) durante o processo de fabricação para evitar deformação.

Tipos De Métodos De Endurecimento De Caixa

Aquecimento E Têmpera

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

Nitretação

Nitretação é outra forma de tecnologia de endurecimento superficial. Neste processo, 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 de peças de aço. Temperatura elevada e exposição ao nitrogênio promoverão a formação de nitretos, que são inerentemente muito duros e resistentes ao desgaste. Este processo é eficaz apenas quando o metal endurece com elementos que podem formar nitretos (como cromo e molibdênio). Nitretação geralmente requer uma temperatura mais baixa que aquecimento e têmpera, e não requer um processo de têmpera, reduzindo assim a deformação.

Cementação

Cementação é outra forma de endurecimento superficial amplamente usada para melhorar as propriedades mecânicas de substratos de aço. No processo de cementação, a liga de aço é aquecida a uma alta temperatura e então exposta a uma grande quantidade de carbono em sua superfície. Dependendo dos requisitos da aplicação, a fonte externa de carbono pode ser gás, líquido ou sólido. Uma grande quantidade de carbono externo então formará carbonetos com outros elementos na superfície do aço. Estes carbonetos fornecem maior dureza e resistência ao desgaste. Semelhante à nitretação, os requisitos de aquecimento são geralmente mais baixos e podem resultar em menos deformação.

Vantagens Do Endurecimento De Caixa

1. Endurecimento Superficial Melhora A Durabilidade E Uso Econômico De Peças De Aço

Uma das principais vantagens do endurecimento de caixa é que fornece durabilidade aprimorada para componentes de aço. A resistência mecânica e dureza superficial produzidas pelo endurecimento superficial, bem como a retenção do núcleo macio, melhoram significativamente a resistência ao desgaste e vida à fadiga do componente. Reter um núcleo mais macio pode melhorar a capacidade de absorver a energia liberada pela carga de impacto, ajudando assim a estender a vida útil e vantagens econômicas.

2. Endurecimento Superficial Permite Que Aço Com Excelente Usinabilidade Seja Usado Para Aplicações Pesadas

Geralmente, ligas usadas para aplicações pesadas têm baixa usinabilidade porque precisam ser mais duras e fortes. Neste caso, o processo de endurecimento superficial permite que aço de baixo carbono com usinabilidade de precisão seja usado em aplicações de armas e armas, bem como outras aplicações pesadas similares que requerem resistência mecânica, acabamento superficial fino e geometria precisa. O endurecimento superficial subsequente após o processamento fornece excelente resistência ao desgaste e dureza para a superfície de peças usinadas de precisão.

3. Endurecimento Superficial Melhora A Soldabilidade Do Aço

Endurecimento superficial melhora a soldabilidade do aço, o que é importante para certas aplicações de engenharia.

4. Endurecimento Superficial Por Nitretação Pode Minimizar Deformação

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

Conclusão

Em aplicações onde componentes são submetidos a cargas de choque, vibrações e condições de desalinhamento, aço endurecido por caixa é a primeira escolha. Diferente de aço endurecido totalmente, aço de baixo carbono e liga endurecido superficialmente torna-se tenaz, forte, duro e não frágil. Endurecimento superficial também produz uma superfície resistente ao desgaste, fornecendo durabilidade e confiabilidade.