Case Hardening: Benefícios, processo, tipos e aplicações

Os metais utilizados no fabrico de componentes são endurecidos através de vários métodos. A necessidade de endurecer estes metais é um requisito das aplicações para que as peças metálicas permaneçam duráveis e resistentes. Se pretende saber mais sobre o endurecimento de caixas, leia o guia abaixo.

Panorâmica geral do endurecimento por cementação

O que é o Case Hardening？

O endurecimento por cementação é um método de tratamento térmico no qual o objeto metálico é sujeito a dureza no núcleo exterior, enquanto o núcleo interior é deixado mole. Cria uma camada de dureza na superfície e torna-a resistente à fadiga e ao desgaste.

Os materiais normalmente adoptados para a cementação são o aço de baixo teor de carbono ou o ferro. O material utilizado determina a qualidade exigida pelo produto final. Existem vários métodos que podem ser utilizados quando se trata de cementação, e alguns deles são a nitretação, a carbonitretação, a cementação e a cianetação.

Objetivo do endurecimento por cementação

O endurecimento por 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.

O endurecimento por cementação aumenta a resistência à fadiga do metal e torna-o duro e resistente ao desgaste. O endurecimento por cementação também torna o componente eficiente e soldável.

Vantagens do endurecimento por cementação

O processo de endurecimento por cementação tem algumas vantagens, que são as seguintes

• A resistência das peças aumenta com a adição de uma camada de material duro, o que as torna duradouras.
• Uma camada superior dura no componente torna-o maquinável para aplicações que consistem na utilização de peças pesadas.
• O endurecimento por cementação torna os componentes resistentes à fratura e à fissuração e torna-os soldáveis.
• É aplicada uma camada prescrita na superfície que aumenta a resistência à corrosão.
• A aparência do aço é melhorada pelo endurecimento da caixa, que lhe confere um aspeto brilhante.

Desvantagens do endurecimento por cementação

O endurecimento por 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.
• A variação da dureza é caraterística do processo, o que afecta a resistência do metal. O metal pode ficar distorcido durante o processo.
• A margem para fissuras e lascas também aumenta, o que afecta a vida útil do metal.
• A suscetibilidade do metal à corrosão aumenta quando o processo é feito incorretamente.

Processo de cementação

O processo de endurecimento de caixas pode ser efectuado em quatro etapas, que são as seguintes

Ativação

A camada passiva de óxido é eliminada, o que impede a difusão do carbono e do azoto na superfície do açoe é ativado.

Revestimento

A superfície ativa é depois submetida a uma camada de carbono ou de azoto, que melhora a difusão.

Difusão

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

Endurecimento

A peça que é cementada é submetida a um processo de têmpera e revenido para melhorar as caraterísticas mecânicas do componente.

Tipos de métodos de cementação

Quando se trata de endurecer o aço, há vários métodos que podem ser escolhidos, e estes são discutidos abaixo.

Aquecimento e arrefecimento

Para obter determinadas qualidades do material, como a dureza, é utilizado o processo de aquecimento e arrefecimento. Trata-se de um método de tratamento térmico em que o metal é primeiro aquecido a uma temperatura elevada e depois arrefecido em líquido. Como resultado deste aquecimento e arrefecimento, os metais endurecem e as suas caraterísticas estruturais alteram-se.

Carburação

O aço com baixo teor de carbono é principalmente metal, que está sujeito a cementação. O processo envolve o aquecimento do metal num ambiente com carbono, o que ajuda a criar uma camada na superfície do metal. Existem diferentes métodos de carburação, que adicionam resistência à corrosão, força e resistência ao desgaste.

Nitretação

A nitruração é um processo normalmente utilizado nos aços de baixa liga. Estes metais são aquecidos num ambiente que contém azoto; por vezes, o azoto é infundido através de uma descarga eléctrica. Existem diferentes processos envolvidos na nitruração, que aumenta a fricção, a dureza e a resistência.

Cianização

O processo de cianetagem envolve o aquecimento da liga de ferro em sal de cianeto, e a superfície da liga absorve azoto e carbono. O processo de cianetagem é depois seguido de têmpera e revenido, de modo a obter a tenacidade necessária.

Carbonitretação

A carbonitretação é um processo em que o metal é aquecido na presença de azoto e carbono, e estes dois elementos são infundidos na superfície do metal. Isto leva ao endurecimento do metal. O processo de carbonitretação leva a que o componente seja equipado com resistência ao desgaste e dureza.

Nitrocarbonetação ferrítica

A dureza de nitrocarbonetação ferrítica de diferentes tipos de ferro, ligas de aço e seus metais. Os componentes são primeiro limpos e o processo é efectuado numa fase de ferrite. A temperatura é de cerca de 570 graus centígrados, e a camada de carbono e azoto difunde-se na superfície.

Que tipos de metais podem ser endurecidos por cementação?

Existem vários tipos de metais que podem ser endurecidos por cementação, e alguns deles são os seguintes

Aço de baixo carbono

O aço de baixo teor de carbono é infundido com carbono a uma temperatura elevada e a quantidade de carbono varia entre 0,1 e 0,25%. Quando o carbono se difunde na superfície do aço, o teor de carbono aumenta, tornando-o mais duro. O núcleo interno do aço com baixo teor de carbono é dúctil e o externo é duro, oferecendo resistência ao desgaste e à corrosão.

Aço inoxidável

O aço inoxidável é endurecido através da injeção de nitrogénio e carbono a uma temperatura elevada. A superfície do aço inoxidável endurece desta forma e mantém a resistência à corrosão elevada.

Ferro fundido

Ferro fundido também é endurecido através do processo de cementação, no qual o azoto e o carbono são injectados a uma temperatura elevada para que a superfície fique dura. O processo de cementação também aumenta a resistência ao desgaste do metal.

Aço de alto carbono

Ao endurecer o aço de alto carbono, existem algumas medidas de precaução que são cruciais. O núcleo interior tem de ser pré-protegido e estas ligas têm de ser aquecidas a altas temperaturas. Após o aquecimento, deve ser introduzido demasiado carbono, o que torna a camada interna dúctil e a externa dura.

Aço para ferramentas

O aço para ferramentas é endurecido por infusão dos elementos e, em seguida, por têmpera. O carbono utilizado no processo de cementação tem impacto na dureza, pelo que se opta também por uma têmpera cuidadosa.

Aplicações típicas do endurecimento por cementação

As aplicações que consideram o endurecimento por cementação são as seguintes:

• Eixos de cames
• Máquinas-ferramentas
• Ferramentas de corte
• Peças aeroespaciais
• Prensa de forja
• Varas
• Equipamento de laminagem de metais
• Peças para automóveis

Conclusão

O endurecimento por cementação melhora as propriedades mecânicas dos metais de diferentes formas e torna-os adequados para diferentes aplicações. Se pretende endurecer os seus componentes, nós, na DEK pode oferecer-lhe este serviço. Oferecemos diferentes métodos de endurecimento de caixas e escolhemo-los de acordo com a natureza do seu material, seguido dos requisitos de aplicação.

FAQs

Qual é a temperatura de endurecimento da caixa?

A temperatura de endurecimento varia entre 871 e 954 graus Celsius.

Como se processa o endurecimento das caixas na secagem?

O endurecimento por secagem ocorre quando a camada superficial externa do metal seca mais rapidamente do que a interna.

Como é que se remove o revestimento de óxido das peças endurecidas?

A granalhagem é um processo comum que ajuda a remover a camada de óxido das peças endurecidas.

Como é medida a dureza após o endurecimento da caixa?

A dureza é medida através de diferentes métodos, como os testes Knoop, Vickers, Rockwell e Brinell. A secção do método depende de factores como a precisão necessária, o tipo de material e a profundidade do endurecimento.