O que é a cementação: Benefícios, processo, tipos e aplicações

Cada aplicação tem um requisito diferente para a dureza do material utilizado no fabrico dos seus componentes. No entanto, para atingir o nível relevante de dureza, é efectuado um processo de cementação para endurecer os metais.

Existem diferentes tipos de metais que podem necessitar de endurecimento, o que é conseguido através do processo de cementação. Se quiser saber o que é carburação, leia o guia abaixo.

O que é a cementação?

A cementação é um processo de tratamento térmico que melhora as propriedades dos materiais, como a dureza, adicionando o teor de carbono à superfície do metal. A superfície do metal pode não ter carbono e, por isso, a necessidade de carbono é essencial para adicionar um revestimento duro à sua volta.

Benefícios da cementação

Existem vários benefícios versáteis da cementação, alguns dos quais são os seguintes

• O processo de cementação é muito simples e pode ser efectuado em pouco tempo, não necessitando sequer de competências excessivas. É também compatível com vários tipos de materiais, como o ferro fundido e o aço-carbono. É adequado para formas e desenhos complexos.
• A cementação é um processo que não é dispendioso e, com um custo limitado, pode oferecer dureza aos componentes.
• A cementação é adequada para o volume de massa, uma vez que é automatizada e endurece lotes maiores de produtos.
• Oferece um melhor controlo das dimensões e, mesmo após o processo de endurecimento, a deformação é insignificante.
• Melhora a resistência ao desgaste e a ductilidade da peça de trabalho.
• A carburação confere aos componentes uma elevada resistência à fadiga e, por conseguinte, a camada dura no exterior permite que o componente resista a cargas elevadas.

Processos de cementação

O processo de cementação consiste nas seguintes etapas:

Adição de carbono

Na primeira etapa, o componente é limpo e depois colocado numa caixa hermeticamente fechada que contém os materiais carbonosos. Para selar a caixa, pode ser utilizada argila refractária. A caixa é então mantida no forno a uma temperatura de temperatura de 925 graus Celsius durante um período de tempo de cerca de 10 horas.

O dióxido de carbono provém do material carbonoso, que se decompõe em carbono e monóxido de carbono. O carbono difunde-se com o componente, que é cementado. A peça absorve o carbono em camadas, e depois a caixa é retirada do forno.

Tratamento térmico

Em seguida, a peça é novamente colocada no forno para a fase de tratamento térmico. É mantida no forno durante cerca de 15 minutos a uma temperatura de 790 graus Celsius. Isto ajuda a transformar o metal em austenite e, depois de a retirar do forno, a peça é mantida em água. Isto leva a um arrefecimento rápido e ao desenvolvimento de estruturas duras.

Têmpera

As tensões internas formam-se devido ao arrefecimento rápido e, por isso, é importante aliviar estas tensões através da têmpera. Pode aquecer a peça a uma temperatura baixa e deixá-la arrefecer ao ar depois de ter estado sob calor durante uma hora.

Tipos de cementação

Existem diferentes tipos de processos de cementação, que são abordados de seguida.

Carburação a gás

A cementação a gás consiste no aquecimento aço-carbono até à temperatura de austenitização numa atmosfera rica em carbono. Utiliza um gás de arrastamento e o componente é mantido num forno que contém propano e metano. É uma mistura de CO2, CH4, CO, etc.

À temperatura de cementação, o propano decompõe-se na superfície da peça e o carbono difunde-se na superfície. A temperatura é de cerca de 925 graus Celsius, e o tempo necessário para a cementação é de 2 horas.

Carburação sob vácuo

O processo de cementação a vácuo envolve a utilização de um ambiente isento de oxigénio e de baixa pressão. O processo utiliza hidrocarbonetosque são gases como o metano. O ambiente está isento de oxigénio e a temperatura pode ser aumentada se necessário. Quanto mais elevada for a temperatura, maior será a taxa de difusão do carbono.

Carburização líquida

A cementação líquida é um processo utilizado para a cementação de componentes de aço ou ferro. Estas peças são mantidas a uma temperatura superior a Ac1 no sal em estado fundido, sendo-lhes adicionados azoto e carbono. A cementação líquida utiliza cianeto, que é composto por azoto e carbono.

O componente é mantido num banho de sal, que tem uma temperatura de cerca de 900 graus Celsius, e o sal é altamente tóxico. O sal incorporou azoto na superfície do componente, o que o tornou duro.

Carburação sólida (Pack Carburizing)

A cementação sólida é um processo em que o monóxido de carbono é derivado do composto sólido, que se decompõe na superfície do metal em dióxido de carbono e carbono nascente. Os recipientes de cementação são fabricados com aço-carbono revestido a alumínio, aço-carbono ou ligas de ferro-níquel-crómio que resistem ao calor.

Os componentes são mantidos numa caixa selada com um meio de cementação, que pode ser carvão vegetal ou coque. O processo utiliza a carburação a gás, e o monóxido de carbono é dissociado em dióxido de carbono, que depois funde o carbono na superfície da peça. O processo demora entre 2 horas e 36 horas a uma temperatura de 800 a 845 graus Celsius.

Carburação por plasma

O processo de cementação por plasma utiliza a distância de incandescência de corrente contínua, que adiciona uma camada de carbono a um componente. A tensão de corrente contínua é aplicada entre o componente e o elétrodo, e a peça de trabalho é mantida na câmara de cementação. O carbono é então libertado sob a forma de descarga de plasma.

Carburação por gotejamento

A cementação por gotejamento utiliza agentes orgânicos, como o metanol, que é adicionado ao forno de cementação. Este produz o gás, que decompõe os componentes e a sua superfície, deixando para trás uma camada dura de carbono.

Carbonitretação

A carbonitretação também é efectuada em aço e tem uma massa de carbono de 0,4 a 0,5 por cento. Ajuda a endurecer a superfície da peça, e estas peças podem incluir veios e engrenagens. O processo modifica o gás no qual estão presentes o metano e o amoníaco.

Carburação vs Nitretação

A cementação e a nitruração são ambos processos que ajudam a endurecer o aço e outros metais. No entanto, a única diferença entre eles é o material utilizado durante o processo.

A cementação é utilizada para difundir o carbono na superfície do metal, aquecendo-o na presença de um material associado ao carbono. A nitretação, por outro lado, utiliza azoto no componente e expõe-no a temperaturas elevadas.

Aplicações da cementação

O processo de cementação é observado em muitas aplicações para endurecer os metais utilizados em componentes; algumas destas aplicações são apresentadas de seguida:

Aeroespacial: As peças dos aviões, como os motores e os trens de aterragem, necessitam de elevada resistência, o que requer aço cementado.

Marítimo: Os componentes, como os sistemas de engrenagens e os motores na oficina, são fabricados com peças cementadas que oferecem resistência à corrosão e ao desgaste.

Automóvel: No sector automóvel, são utilizadas peças com elevada resistência e resistência ao desgaste, tais como rolamentos, engrenagens, veios e carburação.

Agricultura: A maquinaria utilizada na agricultura utiliza aço cementado, uma vez que necessita de peças que resistam a ambientes adversos.

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Conclusão

O processo de cementação tem vários tipos, e cada tipo tem as suas próprias caraterísticas. É muito importante compreender cada tipo de processo de cementação e a sua adequação, para que o possa escolher de acordo com os requisitos da sua aplicação.