Cementação - Perguntas e Respostas com o Doutor em Tratamento Térmico (Parte II

Reed Miller entrevista Dan Herring, o Doutor em Tratamento Térmico (Heat Treat Doctor)

Nesta edição, retomamos ou discutimos de onde paramos na edição de Dezembro 2021 da IH Brasil. Recordando: Em meados do ano passado, Reed Miller (RM), editor chefe da IH americana, entrevistou Dan Herring (DTT), o Doutor em Tratamento Térmico (Heat Treat Doctor), abordando algumas perguntas de leitores sobre cementação. A entrevista foi postada como podcast, transcrita e editada em um artigo de duas partes, com a segunda parte nesta edição e a primeira na IH de Dezembro 2021.

RM: Por que é importante entender a reação água-gás na cementação?

DTT: Existem 183 reações químicas ocorrendo dentro de um forno de cementação. De todas essas reações químicas, a reação água-gás é a mais importante.

CO + H2O = CO2 + 2H

Monóxido de carbono (CO) mais água indo para dióxido de carbono mais hidrogênio. Essa reação é reversível, então pode ir para monóxido de carbono e vapor de água. Na verdade, se você está medindo com uma sonda de oxigênio ou um analisador de três gases, você está olhando para a razão CO/CO2 dessa reação água-gás. Se você está usando o ponto de orvalho, você está olhando para a razão H/H20 nessa equação. Então, mesmo sendo uma reação de equilíbrio, a reação água-gás é aquela que estamos tirando uma foto toda vez que temos um dispositivo controlando o processo de cementação a gás.

RM: Você sempre tem que usar o método de cementação difusa?

DTT: A resposta simples é não, você não. Boost-difuso é muito comumente usado, mas também é a cementação a um potencial de carbono constante. Deixe-me dar um exemplo de ambos. No reino da cementação difusa, digamos que estamos processando a 925-930°C. O limite de saturação do carbono na austenita nessa temperatura é de cerca de 1,3%. Portanto, quando você está fazendo uma cementação difusa com 1-1,1% de carbono (até 1,2% de carbono), você precisa difundir essa superfície de alto carbono no aço. Normalmente, você difunde para 0,9-0,80% de carbono em um processo clássico de difusão de impulso.

Modular multi-retort endothermic: Gerador modular de gás endotérmico multirretorta (Rx®) (cortesia de Surface Combustion, Inc.)

Endoinjector® fuel-injection gas mixing system: Sistema de mistura de gás de injeção de combustível Endoinjector® montado em um gerador de gás endotérmico (cortesia da Atmosphere Engineering Company)

A outra opção é cementar com potencial de carbono constante em 0,8-0,85% em seu teor final de carbono. A desvantagem disso é que você descobrirá que o carbono não é direcionado para a superfície do aço com a mesma rapidez. Portanto, seus ciclos de cementação tendem a ser um pouco mais longos. Por outro lado, sua cementação tende a ser mais uniforme. Se você estiver cementando aços que contêm formadores de carboneto, você reduzirá a quantidade de carbonetos formados na caixa. Ambas as técnicas são usadas, mas alguns encontram uma vantagem de velocidade com o processo de difusão de impulso e outros desejam a vantagem de microestrutura que o processo de carbono constante oferece.

RM: As próximas perguntas meio que andam juntas. Estas questões dizem respeito à temperatura para cementação. Qual é a temperatura prática mais alta para cementação a gás e para cementação a vácuo? Como posso minimizar o crescimento de grãos durante a cementação porque o crescimento de grãos será uma função da nossa temperatura? Vamos falar um pouco sobre as temperaturas práticas mais altas para cada um desses processos e como podemos evitar o crescimento de grãos, principalmente para processos de temperatura mais alta.

DTT: Talvez uma das coisas com as quais devemos começar é o fato de que você pode não querer usar a temperatura de cementação mais alta, onde a uniformidade da cementação é importante. Na verdade, você pode querer usar a temperatura mais baixa possível. Isso é mais lento, mas tende a fornecer uma profundidade de caixa mais uniforme. Eu vi faixas de cementação a gás que variam de 800°C até 1090°C na cementação a gás e 830-1200°C na cementação a vácuo.

Há uma grande variedade de temperaturas, mas acho que um limite prático para a cementação a gás está em algum lugar entre 955 e 1000°C. Digo isso pelo fato de que você começa a entrar nas limitações do equipamento e começa a desenvolver cada vez mais manutenções e avarias relacionadas ao equipamento à medida que a temperatura aumenta. A cementação a vácuo não tem essa limitação específica. A maioria dos fornos a vácuo são capazes de atingir 1315°C, mas a temperatura de cementação é limitada pelo tipo de aço que você está utilizando.

Isso leva ao seu comentário sobre o crescimento de grãos. Quanto maior a temperatura de cementação, mais tendemos a cultivar grãos. Quanto maior o tamanho do grão, em última análise, menores as propriedades mecânicas do material. Como resultado disso, a prática é limitar a temperatura de cementação (930-950°C) para evitar o crescimento de grãos. A outra opção é usar aços com adições de liga específicas que fixam os contornos de grão e evitam o crescimento de grão. Por exemplo, adições de nióbio ou adições de nitrogênio ao aço são úteis para esta finalidade.

Na cementação a vácuo, existe uma tecnologia disponível para colocar nitrogênio na superfície do aço antes da cementação. Muitos processadores que estão excedendo os 955°C convencionais e indo para 1040-150°C estão usando esses tipos de acréscimos.

RM: Que uniformidade de cementação em toda a carga devemos esperar e por quê?

DTT: Esta é uma boa pergunta porque muitas pessoas pensam que a cementação a vácuo pode fornecer uma profundidade de revestimento mais uniforme do que a cementação atmosférica. Essa afirmação não é totalmente verdadeira. O que acontece na cementação a vácuo é que começamos a cementar quando atingimos a temperatura. Com a cementação atmosférica e seus tempos de ciclo mais longos, tendemos a iniciar o processo de cementação um pouco mais cedo, antes que a carga esteja uniformemente na temperatura, o que leva a uma maior variação de profundidade de camada.

Embora seja prático considerar +/-0,0015 a +/-0,002 polegada como sendo uma boa uniformidade de cementação em toda a carga para cementação a vácuo, é mais como +/-0,0025-0,005 polegada, dependendo de como o processo de cementação atmosférica é executado. Se você quiser um processamento mais uniforme, certifique-se de executar um teste de uniformidade de cementação. Se você não gostar dos resultados, adie o início da cementação até que a carga esteja mais uniforme em temperatura.

RM: Que variação no potencial de carbono posso esperar?

DTT: Se você observar a variação teórica no potencial de carbono de uma sonda de oxigênio, ela está em algum lugar na faixa de +/-0,010-0,015% de carbono, então o próprio dispositivo é muito uniforme em sua capacidade de manter o potencial de carbono. Eu esperaria uma variação de não mais de 0,02% de carbono.

RM: Preciso estar na temperatura do processo antes de iniciar meu ciclo de cementação?

DTT: Esse é o erro número um que as pessoas cometem. Eles começam o processo de cementação muito cedo. Uma possibilidade é que eles comecem o ciclo após a temperatura se estabilizar no gráfico, o que resulta em fuligem devido a uma temperatura muito baixa. A outra é que a cementação é iniciada enquanto as peças ainda não são uniformes em temperatura, o que resulta em profundidades de revestimento não uniformes.

Esta é uma pergunta muito boa. Recomendo a todos que façam testes com termopares embutidos para identificar quando o núcleo dessa peça atinge a temperatura e quando a carga na temperatura está e depois não iniciar a cementação antes desse tempo.

Daniel Herring, o Doutor em Tratamento Térmico (The Heat Treat Doctor), foi um colaborador regular de colunas, blogs e artigos para a Industrial Heating Magazine por muitos anos. Dan se aposentou há quase dois anos e está buscando interesses educacionais. Nosso site contém vários recursos, incluindo esses podcasts e dois e-books do The Heat Treat Doctor. Além disso, nossa livraria do site é uma fonte para vários volumes abrangentes de Herring sobre tratamento térmico por atmosfera e vácuo.

SF EDITORA

Udo Fiorini E-mail: udo@sfeditora.com.br Fone: +55 (19) 3288-0677 | 3288-0437