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SERVIÇO NACIONAL DE APRENDIZAGEM INDUSTRIAL – SENAI

CFP/ RISOLETA TOLENTINO NEVES

CURSO DE APRENDIZAGEM INDUSTRIAL – MANUTENÇÃO

MECÂNICA INDUSTRIAL

John Aragão SousaTiago Henrique Barbosa Alves

CARBONETAÇÃO

CLÁUDIO - MG2011

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SERVIÇO NACIONAL DE APRENDIZAGEM INDUSTRIAL – SENAI

CFP/ RISOLETA TOLENTINO NEVES

CURSO DE APRENDIZAGEM INDUSTRIAL – MANUTENÇÃO

MECÂNICA INDUSTRIAL

John Aragão SousaTiago Henrique Barbosa Alves

CARBONETAÇÃO

Trabalho apresentado ao curso de Aprendizagem Industrial em Manutenção

Mecânica Industrial do SENAI – CFP/Risoleta Tolentino Neves como requisito para obtenção

de créditos e conhecimento no componente curricular de Planejamento da Manutenç

Instrutor – Ítalo

CLÁUDIO - MG2011

SUMÁRIO

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SUMÁRIO

1. INTRODUÇÃO...................................................................................................... .......42.CARBONETAÇÃO.................................................................... ....................................52.1 O QUE É CARBONETAÇÃO.......................................................................................52.2 TIPOS DE CARBONETAÇÃO......................................................................................62.3 FASES DA CARBONETAÇÃO....................................................................................63.AÇOS UTILIZADOS NA CARBONETAÇÃO............................................................74. FATORES QUE INFLUENCIAM NA CARBONETAÇÃO.....................................8

5.CONCLUSÃO................................................................................................................10 REFERENCIAS.............................................................................................................11

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1 INTRODUÇÃO

Tratamentos Termoquímicos são todos os processos que aquecem e resfriam um aço

mudando as propriedades físico-químicas superficiais, ou totais, de uma peça com um

elemento metálico ou não metálico.

Tem como principal finalidade o endurecimento superficial ou total pela modificação

da composição química, por adição de um elemento que altere as propriedades do material, ou

através de mudanças estruturais, por meios térmicos, na superfície do componente.

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2. CARBONETAÇÃO

2.1 O QUE É CARBONETAÇÃO?

A carbonetação é um processo de tratamento termoquímico que consiste em

adicionar carbono à superfície do material. Ela é obtida através da exposição da peça a altas

temperaturas em um ambiente com um material rico em carbono (carburante), na qual há uma

transferência de carbono para as moléculas do material. Lembrando que o processo de

carbonetação não endurece o aço. Ele simplesmente aumenta o teor de carbono até uma

profundidade pré-determinada, a um nível suficiente para permitir um endurecimento

subseqüente por têmpera.

Se um material rico em carbono, como por exemplo, o ferro fundido, for aquecido

em um ambiente aberto, ao ar livre ocorre à reação inversa, isto é ele irá perder átomos de

carbono ao invéz de ganhar, resultando na descarbonização.

A carbonetação pode ser realizada de três maneiras: Sólida, líquida, gasosa. Em

todos os tipos na há limite de espessura da camada mais resistente, mas não se é usualmente

ultrapassado 1,5mm.

A carbonização não é um processo único, pois se é utilizado de outros processos

posteriores a carbonetação, como o temperamento, onde as partes externas da peça adquirem

elevada dureza enquanto as partes internas permanecem inalteradas.

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2.2 TIPOS DE CARBONETAÇÃO.

Carbonetação Sólida ou em caixa: Neste processo a peça é colocada num container

de aço selado, contendo carvão granulado. O carvão é tratado com um ativador químico como

carbonato de bário que promove a formação de Dióxido de carbono (CO2). O gás reage com o

próprio carvão formando monóxido de carbono (CO). O monóxido reage com a superfície da

peça difundindo-a para o aço.

Carbonetação gasosa: Pode ser feita com qualquer gás a base de carbono, como

metano (CH 4), etano(C2 H 6), propano (C3 H 8 ¿ ou gás natural. A maioria dos gases é

inflamável, o que requer cuidados especiais para que o gás a aproximadamente 9000C não

tenha contato com oxigênio. A vantagem deste processo em relação à carbonetação sólida é

que a têmpera pode ser feita a partir da temperatura do tratamento. Fornos com sistema de

esteira tornam possível o resfriamento em atmosfera controlada.

Carbonetação líquida: Pode ser executada em banhos de sal líquido, com aquecimento

externo ou interno. O sal de carbonetação contém compostos de cianeto ( como cianeto de

sódio - NaCN ). O tempo do tratamento é mais curto que os demais ( 1 a 4 horas). A

desvantagem do processo é a toxidez e o custo do descarte do material do banho.

2.3 FASES DA CARBONETAÇÃO.

A carbonetação ocorre em 3 fases: Aquecimento, manutenção da temperatura, e

resfriamento

1ª Fase:

Aquecimento: O aquecimento pode ser feito de duas maneiras dependendo do

carburante a ser utilizado. Sendo eles:

Carbonetação em caixa:

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As peças são colocadas em caixas juntamente com o carburante, gasoso ou sólido,

fechadas hermeticamente e aquecidas até a temperatura indicada.

Carbonetação por imersão, em banho:

As peças são mergulhadas no carburante, líquido, aquecido, através de cestas ou

ganchos.

2ª Fase:

Manutenção da temperatura – O tempo de duração desta fase varia de acordo com a

espessura da camada que se deseja e da qualidade do carburante utilizado. Sendo em torno de

0,1mm a 0,2mm por hora.

3ª Fase:

Resfriamento – A peça é esfriada lentamente dentro da própria caixa. Como a

carbonetação não é um processo único, após o resfriamento as peças passam por outros

processos, como o temperamento.

3. AÇOS UTILIZADOS PARA A CARBONETAÇÃO

O primeiro requisito que o material deve possuir para ser aplicado o processo de

carbonetação é ser baixo-carbono, pois a difusão do carbono é mais rápida e principalmente

porque o núcleo de baixo-carbono apresenta como características de melhor tenacidade e

resistência a choque.

O material deve possuir preferivelmente uma granulação fina, pois caso contrário ele

pode eventualmente exigir uma maior número de etapas no processo de carbonetação, a

inicial, na qual se obtêm um aumento do tamanho do grão, uma segunda de resfriamento lento

e uma terceira para refinar o tamanho do grão do núcleo e colocar o excesso de carboneto em

solução na austenita, seguida de resfriamento rápido para refinar a camada de alto-carbono e

por último realizar um alívio de tensões.

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Os aços de granulação fina exigem normalmente uma única operação de têmpera, a

qual pode ser realizada diretamente da temperatura de carbonetação.

Tabela dos aços ideais para carbonetação.

4. FATORES QUE INFLUENCIAM NA CARBONETAÇÃO.

Há dois fatores que incidem fundamentalmente no processo de cementação. A

temperatura do processo e a duração.

4.1 TEMPERATURA

A velocidade de difusão do carbono no aço está estreitamente ligada à temperatura.

Por exemplo, a uma temperatura de 927 ºC a taxa de absorção de carbono é 40% superior do

que a uma temperatura de 871ºC. Logicamente neste caso, quanto maior a temperatura menor

o tempo que a peça terá que permanecer no forno.

Se por um lado há um aumento significativo da velocidade de difusão com o

aumento da temperatura, por outro há o crescimento do grão da austenita à medida que se usa

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temperaturas mais altas. E como quanto maior o tamanho de grão menor é a tenacidade do

material, este efeito se torna indesejado.

Assim, há dois compromissos que são antagônicos: ao aumenta a temperatura

aumenta-se a velocidade de difusão, mas também aumenta-se o tamanho de grão. Isto faz com

que se tenha sempre que considerar estes dois fatores ao escolher a temperatura de

carbonetação.

Para peças menos solicitadas e de menor responsabilidade é possível utilizar

temperaturas mais altas, entretanto, para peças mais solicitadas deve-se utilizar temperaturas

mais baixas, a menos que se faça um tratamento térmico posterior para corrigir este problema.

4.2 TEMPO

A difusão do carbono também é influenciada pelo tempo em que a peça fica na

temperatura de tratamento.

A profundidade atingida no processo é proporcional à raiz quadrada do tempo. Isto

quer dizer que à medida em que se deseje profundidades maiores, maior será o tempo de

tratamento e a cada vez que dobra-se a espessura de carbonetação o tempo é multiplicado por

4 aproximadamente. Assim, quanto maior a profundidade que se queira maior será a consumo

de energia e a ocupação do equipamento, fazendo com que este processo se torne

antieconômico para camadas de profundidade muito grande. Em geral na prática esta

espessura está limitada a 2,5 mm o que já dá um tempo de carbonetação de aproximadamente

25 horas a uma temperatura de 925ºC.

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4 CONCLUSÃO

A carbonetação tem como o principal objetivo do processo também é proporcionar aos aços (geralmente com baixo teor de carbono) resistência ao desgaste e aumento de dureza superficial, sem diminuir a ductibilidade interior, portanto, consiste na adição de carbono a superfície do aço quando colocado em contato com substâncias de alto teor de carbono.

Ele pode ser feito de várias maneiras dependendo da que mais atende para a execução de um serviço.

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REFERENCIAS

GOMES JUNIOR, Professor Antonio Carlos. SEMINÁRIO IV CEMENTAÇÃO A VÁCUO PROCESSOS DE FABRICAÇÃO – I. Sorocaba/SP: ed. Facens, 2009. 19 páginas.

CPM - Programa de Certificação de Pessoal de Manutenção. Mecânica Tratamentos Térmicos. ES: ed. SENAI – ES, 1997. 14 páginas.

Descrição dos processos de tratamento do Substrato. Centro de informação metal mecânica (CIMM). Disponível em: < http://bit.ly/ijeknD >. Acesso em: 28/04/2011