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:
- Camada de composto (às vezes chamada “camada branca”): formada por nitretos e carbonitreto de ferro (fases ε e γ′), com espessura típica de
a . Essa camada apresenta microdureza muito elevada (tipicamente a ,HV), mas baixa tenacidade, pois é relativamente frágil. - 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
a ,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
– Carbonitretação (carbonitriding) a quente
– Nitrocarbonetação (nitrocarburizing) a baixa temperatura
Passo 4
Carbonitretação a quente: realiza-se em forno a temperaturas de
a
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.
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
e
em banhos de sais (cianatos) ou em fornos a gás/plasma com mistura de
,
e pequenas frações de hidrocarbonetos (
ou propano). A baixa temperatura minimiza deformações e produz uma fina camada de composto (
Fe
C 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
–
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.