UNIVERSIDADE ESTADUAL PAULISTA

“JÚLIO DE MESQUITA FILHO”

CAMPUS DE GUARATINGUETÁ

Propriedades Mecânicas dos

Materiais

Assunto: Cementação Sólida

Professor: Thomaz Manabu

Luiz Henrique Torres da Costa nº101031

2012

1. Introdução

As peças submetidas a grandes solicitações já são cementadas há várias dezenas de

anos em banhos de sais. A cementação, que consiste num enriquecimento superficial de

carbono, é ainda hoje o tratamento termoquímico mais utilizado para se obter peças de

aço com superfícies que suportem elevadas pressões e que sejam resistentes ao desgaste,

mantendo ao mesmo tempo o núcleo dúctil.

2. Objetivo

A experiência realizada objetiva obter diversas amostras provenientes de um

processo de cementação a fim de se aferir o efeito de tal processo no endurecimento

superficial de uma peça cementada.

3. Fundamentação Teórica

Na cementação sólida os componentes são colocados no interior de uma caixa �metálica com tampa, na presença de misturas carbonetantes sólidas.

As misturas carburantes ou preparados para cementação são compostos por: �carvão vegetal e carbonatos como substâncias ativadoras (carbonato de bário,

carbonato de cálcio, carbonato de potássio e carbonato de sódio).

Temperaturas do processo entre 850 e 950ºC � Mecanismo: � Em temperaturas elevadas o C combina-se com o oxigênio presente na caixa �formando CO2:

C + O2 → CO2

O CO2 reage o carbono conforme a reação de Bourdoard: �CO2 + C → 2 CO

O CO gerado decompõe-se em carbono atômico que difunde-se no metal: �2 CO → 2 C + O2

A formação de CO é favorecida pela presença dos carbonatos. �As considerações favoráveis ao emprego da cementação em caixa envolvem:

possibilidade de ser realizada em uma grande variedade de fornos; �

é mais adequado para peças que são resfriadas lentamente a partir da temperatura de �cementação e

o processo oferece uma série de técnicas de isolamento de componentes �submetidos à cementação seletiva.

Por outro lado a cementação sólida é menos limpa e menos precisa que os outros

processos de cementação. Adicionalmente, é um processo mais lento que os processos

de cementação líquida e gasosa;

� não é adequada para a realização de têmpera diretamente da temperatura

de cementação;

� não é adequada para componentes com camadas finas e/ou com tolerâncias

estreitas e

� exige um maior trabalho manual para montagem e desmontagem do aparato.

Operação:

Os compostos para cementação sólida comuns são reutilizáveis e contêm de 10 a �20% de carbonatos de metais alcalinos e carvão vegetal moído ou coque. O

carbonato de bário é o catalisador principal e responde por 70% do teor dos

carbonatos. As temperaturas de operação estão entre 815ºC e 955ºC.

Os componentes devem posicionados no interior da caixa, de maneira equidistante. A �distância recomendada entre as peças e entre elas e as paredes da caixa deve ser de, no

mínimo, 25 mm e deverá ser preenchida pelo composto de cementação.

4. Procedimento Experimental

Para a realização deste foi utilizado uma amostra de aço 1014 de baixo teor de

carbono (embutida em baquelite) aquecida a uma temperatura de 950°C dentro de uma

caixa com granulado de carbono, que foi retirada do forno e deixada esfriar dentro da

caixa. O processo foi realizado para 5 amostras, cada uma mantida durante um tempo

diferente (1 hora, 2 horas, 3 horas, 4 horas e 5 horas), após isso foi realizado o

embutimento em cada amostra.

Após isso foi realizado o ensaio metalográfico de amostra. Cada amostra foi lixada com

as seguintes lixas: 220 320 400 600, sendo que quando mudou-se de lixa girou a peça

de 90° para eliminar o risco da lixa anterior, depois realizou-se o polimento na politriz,

com pasta para polimento, polindo ate não haver mais nenhum risco na amostra , após o

polimento fez-se o ataque com nital a 2%, (mistura de acido nítrico + água) ataque

rápido 5 a 10 seg, acabando o brilho interrompe-se e coloca na água para lavar secar.

Em seguida as amostras foram levadas para outra sala para realizar as medidas da

camada cementada.

5. Resultados e discussões

Tabela de dados das profundidas para as diversas temperaturas:

Amostra P1[µm] P2[µm] P3[µm] Pmed [µm]

1 403,2 249,7 324,4 325,7667

2 482,8 950,9 497,3 643,6667

3 628,5 722,2 643,5 664,7333

4 792 829,5 741,8 787,7667

5 647,4 717,2 731,7 698,7667

Tabela 1 – Profundidades de Carbono

Figuras das imagens obtidas a partir da micrografia:

Figuras 1- 1 hora

Figura 2 - 2 horas

Figura 3 - 3 horas

Figura 4- 4 horas

Figura 5- 5 horas

0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 5.50

100200300400500600700800900

Profundidade de Cementação

Tempo [horas]

Prof

undi

dade

[µm

]

Gráfico 1 – Profundidade x Tempo

6. Conclusão

Analisando o gráfico da profundidade em função do tempo podemos perceber

claramente que os últimos dados fogem dos valores esperados pela teoria, onde

deveríamos encontrar profundidades para a carbonetação de 5 horas maiores que as de 4

horas. Esse erro, pode ter diversas causas, tais como erro no processo de medição até o

erro no processo de carbonetção.

De uma forma mais geral podemos ver que o experimento demonstrou aquilo

que queríamos comprovar, que a medida que mantemos a amostra em uma atmosfera

rica em carbono a mesma irá absorver carbono pela superfície tornando-se mais

resistente nessa camada provocando assim um aumento da resistência superficial,

mantendo as características do núcleo da peça.

7. Bibliografia

[1] Ciência de Engenharia de Materiais: uma Introdução, 5o.edição, autor Willian D.Callister Jr.

[2] http://www.durferrit.com.br/produtos_cementacao.asp