CENTRO DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA PAULA SOUZA FACULDADE DE TECNOLOGIA , Notas de estudo de Engenharia Química

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CENTRO DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA PAULA SOUZA

FACULDADE DE TECNOLOGIA DE MAUÁ

TRATAMENTOS TERMOQUÍMICOS

NITRETAÇÃO

WESLEY ANTONIO MIGUEL, 0911186

INTRODUÇÃO

A tecnologia destinada à melhoria das propriedades mecânicas dos materiais, exigida pela inovação industrial e aplicações cada vez mais abrangentes, obteve um salto com o aperfeiçoamento das técnicas de tratamento térmico. Na elaboração de um projeto, há a necessidade fundamental de se caracterizar as condições de trabalho que possam gerar esforços e identificar as respostas dos materiais aplicados. Por questões de custo, fabricação e viabilidade, materiais que respondem ao processo de forma insatisfatória são diretamente enviados para tratamentos que possam alterar sua composição química superficial, de forma que os mesmos elevem suas propriedades tornando-se aplicáveis para os objetivos propostos. Este trabalho objetiva a identificação das principais melhorias que os tratamentos térmicos proporcionam, enfocando a técnica de Nitretação.

NITRETAÇÃO

A nitretação é um tratamento termoquímico que possibilita a alteração das propriedades naturais dos materiais que é aplicada. 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 50 0 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. A nitretação gasosa é o processo utilizado mais comum, patenteado por Adolph Machlet, a reação baseia-se no contato do aço com a amônia (NH 3 ), onde a mesma se dissocia liberando nitrogênio atômico (N 2 ) que é absorvida pelo aço e dissolvida entre os átomos de Ferro (Fe), o que gera o crescimento do material. A formação das camadas de nitretos, que alcançam até 0,7mm, costuma levar até 90 horas para se dispor. Os aços mais cotados para aplicação da nitretação gasosa são aqueles que contem Alumínio (de 0,85 a 1,50%) e aços com Cromo

No entanto, a nitretação gasosa é limitada para ser aplicada em aços carbonos, já que os mesmos apresentam camada composta e quebradiça. A solução encontrada para sanar esse problema foi o desenvolvimento da nitretação liquida que consiste na colocação do aço é em meio liquido de cianeto fundido em temperaturas semelhantes a da nitretação gasosa (550 à 570°C). Não há dissociação do Carbono o que favorece a formação de poros e a diminuição do tempo de processamento, no entanto, há a formação de gases altamente poluentes e tóxicos. Nos processos convencionais, existe a necessidade de um determinado tempo para que a concentração do nitrogênio na superfície seja elevada o suficiente Figura 1 - Absorção de Amônia Dissociada [THELNING]

para ocorrer precipitação de nitretos, que só se formam a partir da elevação da temperatura. Os aços mais utilizados para a nitretação são os que contem Alumínio (camada com alta dureza), com Molibdênio, Vanádio e até 3,5% de Cromo (camada com boa dureza) e aços de baixa liga de Cromo e Molibdênio (1% e 0,2%, respectivamente) – camadas com menor dureza. Nos últimos anos, o progresso na tecnologia utilizada proporcionou o desenvolvimento da nitretação a vácuo e métodos de implantação iônica. Alguns problemas processuais puderam ser resolvidos com essa técnica como a distorção dimensional e a baixa temperatura requerida, já que o processo é realizado a vácuo. A obtenção de melhores propriedades como maior dureza e melhor acabamento são justificados pela solução de nitrogênio solido intersticial, o que gera a dureza levemente superior a matriz. As camadas quebradiças geradas pela nitretação gasosa também são substituídas pela camada densa, homogênea, dura, não porosa nem quebradiça, e com baixo coeficiente de atrito, até mesmo em peças complexas, da nitretação a plasma, o que causa ótima resistência ao desgaste. Figura 2 - Diagrama de Lehrer Figura 3 - Energia livre de formação de nitretos. Figura 4 - Esquema da aparelhagem de Nitretação a plasma

cromo apresenta o mesmo problema além de apresentar uma camada mais frágil do que a nitretação do mesmo material na presença de liga de Alumínio. Os pré-requisitos de um material a ser nitretado é que ele possua composição determinada e estrutura adequada, como a sorbítica. A presença na superfície do aço de carbonetos em emulsão na ferrita colabora com a formação da camada nitretada, o que faz que a mesma adquira ótima tenacidade. Os materiais são recozidos, temperados, revenidos, usinados e então nitretados, até mesmo os aços inoxidáveis são nitretados para aumentar sua resistencia superficial ao desgaste e prevenção do engripamento. Aços nitretados são largamente aplicados na indústria aeronáutica e automotiva como em eixos, pinos, rotores, válvulas de turbina, engrenagens, etc, já que os teores elevados de Níquel e Cromo possuem alta resistência ao vapor superaquecido, aos combustíveis fósseis e a corrosão por ácido nítrico concentrado, resultado dos resíduos das reações que esses materiais comportam. Figura 5 - Estrutura Sorbítica

BIBLIOGRAFIA

http://www.materiais.ufsc.br/lcm/TratTermoquimicosSuperficiais.pdf http://www.ifi.unicamp.br/~alvarez/Plasma-LIITS/introducao_a_nitretacao.htm http://www.inforgel.com.br/si/site/