Cementação: Vantagens, Processo, Tipos e Aplicações

Os metais utilizados no fabrico de componentes são endurecidos através de vários métodos. A necessidade de endurecer estes metais decorre das exigências das aplicações, para que as peças metálicas se mantenham duráveis e resistentes. Se pretende saber mais sobre a cementação, leia o guia abaixo.

Visão geral da cementação

O que é a cementação?

A cementação é um método de tratamento térmico no qual o objeto metálico é submetido a dureza na camada exterior, enquanto o núcleo interior permanece macio. Cria uma camada de dureza na superfície e torna-a resistente à fadiga e ao desgaste.

Os materiais habitualmente utilizados na cementação são o aço de baixo carbono ou o ferro. O material utilizado determina a qualidade exigida pelo produto final. Existem vários métodos que podem ser utilizados na cementação, entre os quais a nitruração, a carbonitruração, a cementação por carbono e a cianetação.

Objetivo da cementação

A cementação é um método que processa o material e torna a superfície exterior desse material dura, enquanto o núcleo interior permanece macio. Cria uma fina camada de revestimento no componente e torna-o resistente.

A cementação melhora a resistência à fadiga do metal e torna-o tenaz e resistente ao desgaste. A cementação também torna o componente eficiente e soldável.

Vantagens da cementação

O processo de cementação apresenta algumas vantagens, que são as seguintes:

• A resistência das peças aumenta com a adição de uma camada de material duro, o que as torna duráveis.
• Uma camada superior dura no componente torna-o maquinável para aplicações que envolvem a utilização de peças de serviço pesado.
• A cementação torna os componentes resistentes à fratura e ao fissuramento e torna-os soldáveis.
• É aplicado um revestimento prescrito na superfície, que melhora a resistência à corrosão.
• O aspeto do aço é melhorado pela cementação, que lhe confere um brilho lustroso.

Desvantagens da cementação

A cementação, que tem vantagens, também tem desvantagens. Algumas das desvantagens deste processo são as seguintes:

• O processo é dispendioso e requer conhecimentos especializados e ferramentas especiais.
• O processo apresenta variação da dureza, o que afeta a resistência do metal. O metal pode ficar deformado durante o processo.
• A margem para fissuração e lascamento também aumenta, o que afeta a vida útil do metal.
• A suscetibilidade do metal à corrosão aumenta quando o processo é realizado incorretamente.

Processo de cementação

O processo de cementação pode ser realizado em quatro etapas, que são as seguintes:

Ativação

A camada de óxido passiva é eliminada, o que impede a difusão de carbono e nitrogénio na superfície do aço, e esta é ativada.

Revestimento

A superfície ativa é então submetida a uma camada de carbono ou nitrogénio, o que melhora a difusão.

Difusão

O componente de aço é aquecido a uma temperatura superior a 900 graus Celsius durante várias horas, num ambiente rico em nitrogénio e carbono. É então retida uma camada de aço endurecido para que os átomos de carbono e o nitrogénio apareçam na superfície.

Endurecimento

A peça cementada é submetida a revenido e têmpera para melhorar as características mecânicas do componente.

Tipos de métodos de cementação

No que diz respeito à cementação do aço, existem vários métodos que podem ser escolhidos, os quais são discutidos abaixo.

Aquecimento e têmpera

Para obter determinadas qualidades do material, como a dureza, utiliza-se o processo de aquecimento e têmpera. É um método de tratamento térmico no qual o metal é primeiro aquecido a alta temperatura e depois arrefecido em líquido. Em resultado deste aquecimento e arrefecimento, os metais endurecem e as suas características estruturais alteram-se.

Cementação por carbono

O aço de baixo carbono é maioritariamente metal, estando sujeito a cementação. O processo consiste em aquecer o metal num ambiente com carbono, o que ajuda a criar uma camada na superfície do metal. Existem diferentes métodos de cementação, que conferem resistência à corrosão, resistência mecânica e resistência ao desgaste.

Nitruração

A nitruração é um processo frequentemente escolhido para aços de baixa liga. Estes metais são aquecidos num ambiente com azoto; por vezes, o azoto é introduzido por descarga elétrica. Existem diferentes processos de nitruração, que melhoram o atrito, a dureza e a resistência mecânica.

Cianetação

O processo de cianetação consiste em aquecer uma liga de ferro em sal de cianeto, e a superfície da liga absorve azoto e carbono. O processo de cianetação é depois seguido de revenido e têmpera, para que se atinja a tenacidade necessária.

Carbonitruração

A carbonitruração é um processo em que o metal é aquecido na presença de azoto e carbono, sendo estes dois elementos introduzidos na superfície do metal. Isto conduz à cementação superficial. O processo de carbonitruração torna o componente dotado de resistência ao desgaste e dureza.

Nitrocarbonetação ferrítica

A nitrocarbonetação ferrítica confere dureza a diferentes tipos de ferro, aços ligados e respetivos metais. Os componentes são primeiro limpos e o processo é realizado numa fase ferrítica. A temperatura é de cerca de 570 graus centígrados e a camada de carbono e azoto é difundida na superfície.

Que tipos de metais podem ser cementados superficialmente?

Existem vários tipos de metais que podem ser cementados superficialmente, e alguns deles são os seguintes:

Aço de baixo carbono

O aço de baixo carbono é impregnado com carbono a alta temperatura, e o teor de carbono varia entre 0,1 e 0,25%. Quando o carbono é difundido na superfície do aço, o teor de carbono aumenta, tornando-o mais duro. O núcleo interior do aço de baixo carbono é dúctil e o exterior é duro, oferecendo resistência ao desgaste e à corrosão.

Aço inoxidável

O aço inoxidável é endurecido pela injeção de azoto e carbono a alta temperatura. A superfície do aço inoxidável endurece desta forma e mantém elevada a resistência à corrosão.

Ferro fundido

O ferro fundido é também endurecido através do processo de cementação superficial, em que o azoto e o carbono são injetados a alta temperatura para que a superfície fique dura. O processo de cementação superficial também melhora a resistência ao desgaste do metal.

Aço de alto carbono

Ao cementar superficialmente aço de alto carbono, existem algumas medidas de precaução cruciais. O núcleo interior tem de ser previamente protegido e estas ligas devem ser aquecidas a altas temperaturas. Após o aquecimento, deve ser introduzido carbono suficiente, o que torna a camada interior dúctil e a exterior dura.

Aço para ferramentas

O aço para ferramentas é endurecido pela introdução dos elementos e subsequente têmpera. O carbono utilizado no processo de cementação superficial influencia a dureza, sendo também necessária uma têmpera cuidadosa.

Aplicações típicas da cementação superficial

As aplicações que recorrem à cementação superficial são as seguintes:

• Veios de cames
• Máquinas-ferramentas
• Ferramentas de corte
• Peças aeroespaciais
• Prensas de forjamento
• Hastes
• Equipamento de laminagem de metal
• Peças automóveis

Conclusão

A cementação superficial melhora as propriedades mecânicas dos metais de diferentes formas e torna-os adequados para diferentes aplicações. Se pretende aplicar cementação superficial aos seus componentes, na DEK podemos oferecer-lhe este serviço. Oferecemos diferentes métodos de cementação superficial e escolhemo-los de acordo com a natureza do seu material e os requisitos da aplicação.

Perguntas frequentes

Qual é a temperatura de cementação superficial?

A temperatura de cementação superficial varia entre 871 e 954 graus Celsius.

Como ocorre a cementação superficial na secagem?

A cementação superficial na secagem ocorre quando a camada superficial exterior do metal seca mais rapidamente do que a interior.

Como se remove o revestimento de óxido das peças endurecidas?

O jateamento é um processo comum que ajuda a remover a camada de óxido das peças endurecidas.

Como é medida a dureza após a cementação superficial?

A dureza é medida através de diferentes métodos, como os ensaios Knoop, Vickers, Rockwell e Brinell. A escolha do método depende de fatores como a precisão exigida, o tipo de material e a profundidade do endurecimento.