Tratamento termoquimico

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  • Publicado : 9 de setembro de 2012
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Tratamentos Termoquímicos [8]
Projeto mecânico resistência ao desgaste + tenacidade

endurecimento superficial Têmpera superficial Tratamentos termoquímicos

Visualização das tensões no contato mecânico entre engrenagens cilíndricas de dentes retos (efeito fotoelástico).

formação de uma superfície dura com núcleo tenaz

1>

Tratamentos Termoquímicos
Têmpera superficial poraquecimento indutivo:

http://www.youtube.com/watch?v=zR9shiuntMY

2>

Tratamentos Termoquímicos
Tratamentos termoquímicos: promover o endurecimento superficial através do enriquecimento de intersticiais (C,N) por difusão atômica, seguida de têmpera normalmente em óleo.

Processos industriais:
Cementação (C) sólida Nitretação (N) líquida Carbonitretação (C,N) gasosa Cianetação (C,N) plasma(iônica) 3>

Tratamentos Termoquímicos
Fluxo de átomos (J) quantidade de átomos por unidade de tempo por unidade de área. Primeira Lei de Fick: - cálculo da difusão estacionária (fluxo constante)

área unitária

dc J = −D ⋅ dx

⎡ átomos ⎤ ⎢ m2 ⋅ s ⎥ ⎣ ⎦

D – coeficiente de difusão D = f(freqüência e deslocamento) [D] = [m2.s-1] 4>

Tratamentos Termoquímicos
Segunda Lei de Fick consideraas variações de fluxo / concentração ao longo do tempo.

∂c ⎞ ∂c ∂ ⎛ = ⎜D ⋅ ⎟ ∂x ⎝ ∂x ⎠ ∂t
fluxo J Solução:

x ⎛ ⎞ c = c o ⋅ erfc ⎜ ⎟ ⎝2 ⋅ D ⋅ t ⎠
sendo co a concentração inicial, erfc a função erro complementar, D o coeficiente de difusão e t o tempo. 5>

Tratamentos Termoquímicos
Variação do coeficiente de difusão D no ferro:
1E-10

Coeficiente de difusão D [m2/s]

1E-11 1E-121E-13 1E-14 1E-15 1E-16 1E-17 1E-18 1E-19 1E-20 1E-21 500 600 700 800 900 1000 1100 1200 13001400

C Ti Fe C Ti Fe

Feγ Feα

⎛ −Q ⎞ D = Do ⋅ exp⎜ ⎟ ⎝R ⋅ T ⎠

austenita Feγ ferrita Feα
Temperatura [oC]

6>

Tratamentos Termoquímicos
Exemplo da difusão de carbono através da superfície:

concentração de carbono

superfície

centro

austenita

7>

Tratamentos TermoquímicosParâmetros do processo de cementação: Aço com baixo teor de carbono (C < 0,25%); Difusão de carbono na austenita; Disponibilidade de carbono no meio de cementação; temperatura entre 850 a 950°C para ↓ CGγ Processos industriais para cementação: espessuras normalmente inferiores a 1,5mm durezas superficiais 50 – 65 HRC processos demorados (4 – 10 horas) meio gasoso (metano) meio líquido (banho de salfundido, a base de cloretos, carbonatos e cianeto de sódio) meio sólido (carvão moído + catalisador “em caixa”)

8>

Tratamentos Termoquímicos
Vacuum Carburizing and Heat treating:

http://www.youtube.com/watch?v=pYQuqNFG2ro

9>

Tratamentos Termoquímicos
Cementação em caixa:

C + O 2 → CO 2

O carbono existente no carvão reage com o oxigênio do ar, formando o dióxido de carbono.O carbonato de bário acelera o fornecimento de monóxido de carbono, induzindo a formação de cementita na superfície da peça cementada.

CO 2 + C → 2CO
BaCO 3 + C ⇔ BaO + 2CO BaO + CO 2 ⇔ BaCO 3

3Fe + 2CO → Fe 3 C + CO 2

BaCO3 – 5 a 20% 10>

Tratamentos Termoquímicos
Cementação em aços: Pretende-se criar uma camada com 0,25%C (no mínimo) após cementação a 1000°C durante 1 hora.Supondo que a disponibilidade de carbono seja 1,5% na superfície temos:
co 0,25 = ≈ 0,17 c 1,5
⎡ co ⎛ x c ⎞⎤ = ⎢1 − erf ⎜ ⎟⎥ sendo c ⎝ 2 D ⋅ t ⎠⎦ ⎣ xc ⎛ xc ⎞ erf ⎜ ≈ 0,97 ⎟ ≈ 0,83 → 2 D⋅t ⎝2 D ⋅ t ⎠

Usando tabelas

Considerando os dados de difusividade do carbono temos
D γ = 0,10 ⋅ 10
−4

⎞ ⎛ − 135,7 ⋅ 10 3 ⎟ ≈ 2,7 ⋅ 10 −11m 2 / s ⎜ ⋅ exp ⎜ 8,314 ⋅ (1000 + 273 ) ⎟ ⎠ ⎝

Logo, a espessura dacamada cementada será estimada em
x c = 0,97 ⋅ 2 ⋅ (2,7 ⋅ 10 −11 ) ⋅ (3600 ) → x c ≈ 0,6mm

11>

Tratamentos Termoquímicos
Camada cementada:
Micrografia de camada cementada, conseguida após 4 horas a 1000°C, mostrando visível gradiente de concentração pela presença da cementita. Ataque: nital. .

30 mm Macrografia de uma engrenagem mostrando camada cementada com trincas resultantes de...
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