Download - Cementação Sólida
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