Questão 06. Em determinados tratamentos termoquímicos é possível formar uma dupla camada composta de Nitrogênio e Carbono. Quais as características dessa camada? Quais tratamentos são responsáveis pela sua formação? Explique-os.

Passo 1

O enunciado pergunta sobre a formação de uma dupla camada de nitrogênio e carbono em tratamentos termoquímicos: quais são as características dessa dupla camada e quais tratamentos a geram. O conteúdo envolvido é engenharia de superfícies e difusão intersticial em aços, e vamos precisar conhecer a microestrutura típica dessa camada (camada de composto e zona de difusão) e os processos de carbonitretação e nitrocarbonetação que a formam.

Passo 2

A dupla camada resultante de nitrogênio + carbono é composta de duas subcamadas integradas:
  1. Camada de composto (às vezes chamada “camada branca”): formada por nitretos e carbonitreto de ferro (fases ε e γ′), com espessura típica de 5 a 25 \mu\mathrm{m}. Essa camada apresenta microdureza muito elevada (tipicamente 700 a 1200,HV), mas baixa tenacidade, pois é relativamente frágil.
  2. Zona de difusão: situada imediatamente abaixo da camada de composto, onde nitrogênio e carbono penetram na matriz ferrítica (ou perlítica) em difusão contínua. O perfil de concentração decresce gradualmente no de profundidade (até algumas centenas de micrômetros), conferindo aumento moderado de dureza (cerca de 400 a 600,HV) e boa tenacidade ao conjunto.

Passo 3

Os tratamentos responsáveis por essa dupla camada são aqueles em que há difusão simultânea ou seqüencial de carbono e nitrogênio, a saber:
– Carbonitretação (carbonitriding) a quente
– Nitrocarbonetação (nitrocarburizing) a baixa temperatura

Passo 4

Carbonitretação a quente: realiza-se em forno a temperaturas de 850^\circ\mathrm{C} a 950^\circ\mathrm{C} em atmosfera carburante (gás metano ou monóxido de carbono) e nitrogenada (amônia dissociada ou gás endo
térmica + amônia). Primeiro os carbonos difundem na superfície e depois o nitrogênio, gerando as fases ε e γ′. O resultado é camada de composto espessa e zona de difusão relativamente profunda, mas requer revenimento posterior para reduzir tensões internas.

Passo 5

Nitrocarbonetação (ou ferrítica nitrocarburização) a baixa temperatura: executa-se entre 530^\circ\mathrm{C} e 580^\circ\mathrm{C} em banhos de sais (cianatos) ou em fornos a gás/plasma com mistura de \mathrm{NH}_3, \mathrm{N}_2 e pequenas frações de hidrocarbonetos ( \mathrm{CH}_4 ou propano). A baixa temperatura minimiza deformações e produz uma fina camada de composto ( \epsilon+Fe _3C oxinitreto), seguida de zona de difusão rica em N e C. Não exige revenimento, e confere boa resistência à corrosão e ao desgaste.

Resposta

A dupla camada é formada por uma camada de composto (ε e γ′ de carbonitreto/nitreto de ferro) de 5 25 \mu\mathrm{m} com dureza elevada e baixa tenacidade e por uma zona de difusão subjacente com gradiente de N e C, dureza moderada e boa tenacidade. Os processos que as geram são a carbonitretação a quente e a nitrocarbonetação (nitrocarburização) a baixa temperatura.

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