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

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

Existem diferentes tipos de metais que podem necessitar de endurecimento, e isso é conseguido através do processo de cementação. Se quiser saber o que é a cementação, 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, ao adicionar carbono à superfície do metal. A superfície do metal pode ter falta de carbono e, por isso, a adição de carbono é essencial para criar um revestimento duro à sua volta.

Vantagens da cementação

Existem várias vantagens versáteis da cementação, e algumas delas são as seguintes:

• O processo de cementação é muito simples e pode ser realizado em pouco tempo, sem necessidade de competências excessivas. É também compatível com vários tipos de materiais, como ferro fundido e aço carbono. É adequado para formas e designs complexos.
• A cementação é um processo que não é dispendioso e, com um custo limitado, pode conferir dureza aos componentes.
• A cementação é adequada para grandes volumes, 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 negligenciável.
• Melhora a resistência ao desgaste e a ductilidade da peça de trabalho.
• A cementação confere aos componentes uma elevada resistência à fadiga e, por isso, a camada dura no exterior permite que o componente suporte cargas elevadas.

Processos de cementação

O processo de cementação é composto pelas seguintes etapas:

Adição de carbono

Na primeira etapa, o componente é limpo e depois colocado numa caixa bem vedada que contém os materiais carbonáceos. Para vedar a caixa, pode utilizar-se argila refratária. A caixa é então colocada no forno a uma temperatura de 925 graus Celsius durante cerca de 10 horas.

O dióxido de carbono provém do material carbonáceo, que se decompõe em carbono e monóxido de carbono. O carbono difunde-se no componente, que é cementado. A peça absorve carbono em camadas e, em seguida, a caixa é retirada do forno.

Tratamento térmico

A peça é então colocada novamente no forno para a etapa de tratamento térmico. Permanece 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 retirada do forno, a peça é colocada em água. Isto provoca um arrefecimento rápido e o desenvolvimento de estruturas duras.

Revenido

As tensões internas formam-se devido ao arrefecimento rápido e, por isso, é importante aliviá-las através do revenido. Pode aquecer a peça a baixa temperatura e deixá-la arrefecer ao ar depois de ter estado sob aquecimento durante uma hora.

Tipos de cementação

Existem diferentes tipos de processos de cementação, que são discutidos abaixo.

Cementação gasosa

A cementação gasosa consiste em aquecer aço carbono até à temperatura de austenitização numa atmosfera rica em carbono. Utiliza um gás transportador e o componente é colocado 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.

Cementação a vácuo

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

Cementação líquida

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

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

Cementação sólida (cementação em caixa)

A cementação sólida é um processo no qual o monóxido de carbono é obtido a partir 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 de alumínio, aço-carbono ou ligas de ferro-níquel-crómio resistentes ao calor.

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

Cementação por plasma

O processo de cementação por plasma utiliza a descarga luminescente 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 é mantida na câmara de cementação. O carbono é então libertado sob a forma de descarga de plasma.

Cementação por gotejamento

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

Carbonitruração

A carbonitruração também é realizada em aço e tem um teor 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 metano e amoníaco.

Cementação vs. nitruração

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 carbono na superfície do metal, aquecendo-o na presença de um material associado ao carbono. A nitruração, por outro lado, utiliza nitrogénio 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 abaixo:

Aeroespacial: As peças de aeronaves, como componentes de motores e trens de aterragem, necessitam de elevada resistência, o que exige aço cementado.

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

Automóvel: No setor automóvel, as peças com elevada resistência e resistência ao desgaste, como rolamentos, engrenagens e veios, são produzidas por cementação.

Agricultura: A maquinaria utilizada na agricultura recorre a aço cementado, pois necessita de peças capazes de suportar ambientes adversos.

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Conclusão

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