Tratamento Térmico Químico: Definição, Classificação e Características

Definição de tratamento térmico químico

O tratamento térmico químico é um processo que envolve o aquecimento de peças de metal ou liga em um meio ativo apropriado para isolamento, fazendo com que um ou mais elementos penetrem na camada superficial e alterem sua composição química, estrutura e desempenho.

O tratamento térmico químico, também conhecido como tratamento de “difusão superficial” ou “difusão térmica”, envolve a colocação de materiais ou peças metálicas em um meio sólido, líquido ou gasoso contendo um ou mais elementos químicos.

Os materiais são então aquecidos a uma temperatura específica em um forno, permitindo que esses elementos entrem na superfície do metal através da decomposição, adsorção, solução sólida e reação combinada de pirolisados ​​médios na superfície do metal. Os elementos penetram gradativamente no material metálico por meio de difusão térmica, formando uma camada de penetração rica em um ou mais elementos de liga na superfície metálica.

A tecnologia de tratamento térmico químico desempenha um papel significativo na indústria moderna devido à sua capacidade de melhorar significativamente os requisitos de desempenho das peças de trabalho.

Ao criar uma superfície dura e uma superfície interna resistente, ele pode melhorar várias propriedades mecânicas, incluindo alta resistência, alta dureza, alta resistência ao desgaste, desempenho anti-gripagem, desempenho anti-fadiga e resistência especial à corrosão. Também pode melhorar as propriedades físicas e químicas da superfície da peça, como resistência à oxidação em altas temperaturas.

É importante notar que a peça deve manter suas propriedades plásticas e dúcteis originais para aumentar a durabilidade das peças da máquina sob condições de trabalho complexas. Como resultado, o tratamento térmico químico é amplamente utilizado para atingir requisitos específicos para uma ampla gama de aplicações industriais.

As principais características do tratamento térmico químico incluem:

• Infiltração por difusão sólida que não só altera a composição química da camada superficial da peça, mas também modifica sua estrutura.
• A presença de uma camada de difusão entre a camada de infiltração e a matriz, que pode fornecer propriedades que são difíceis de alcançar com um único material ou melhorar ainda mais o desempenho da peça.
• O tratamento térmico químico é conduzido por um gradiente de concentração.
• A estrutura da camada de infiltração formada pelo tratamento térmico químico segue o diagrama de fases.
• Sua estrutura é contínua e classificada como combinação metalúrgica.

Classificação do tratamento térmico químico

1. Classificação de acordo com o tipo de elementos infiltrados

Isso pode ser dividido em vários métodos, incluindo cementação, nitretação, boronização, aluminização, sulfurização, carbonitretação, cementação composta de carbono-cromo e muito mais.

2. Classificação de acordo com o tipo e ordem dos elementos infiltrados

1. Infiltração de elemento único

Como cementação (cementação unitária), boronização (boronização unitária), etc.

2. Penetração binária.

O processo de infiltração simultânea de dois elementos é conhecido como dupla penetração.

Quando carbono e nitrogênio são infiltrados simultaneamente, isso é chamado de carbonitretação (também conhecido como carbonitretação). Da mesma forma, o processo de infiltração simultânea de boro e alumínio é chamado de aluminização de boro (também conhecido como aluminização de boro).

3. Penetração de múltiplos elementos.

A penetração de vários elementos refere-se à infiltração simultânea de mais de dois elementos.

Especificamente, quando carbono, nitrogênio e boro se infiltram em um material ao mesmo tempo, isso é chamado de carbonitretação.

4. Infiltração composta binária.

A infiltração de um material com dois elementos é chamada de infiltração composta de dois elementos.

Por exemplo, se o tungstênio e o carbono forem infiltrados sequencialmente, o processo é conhecido como infiltração composta binária de tungstênio-carbono.

5. Infiltração composta multielementar.

A infiltração composta multielementar envolve a infiltração sequencial de mais de dois elementos.

Por exemplo, a infiltração composta ternária de nitrogênio, carbono e enxofre é um tipo de infiltração composta multielementar.

3. Classificação de acordo com o estado dos elementos penetrantes do meio ativo

1. Método sólido

Incluindo método de enchimento de pó, método de pasta (pasta), método de ciclone elétrico, etc.

2. Método líquido

Incluindo método de banho de sal, método de banho de sal eletrolítico, método de eletrólise de solução aquosa, etc.

3. Método de gás

Incluindo método de vácuo, método de gás sólido, método de gás indireto, método de forno iônico móvel, etc.

4. Método de bombardeio de íons

Inclui cementação por bombardeio iônico, nitretação por bombardeio iônico, metalização por bombardeio iônico, etc.

4. Classificação de acordo com as características de mudança da composição química da superfície

A infiltração por difusão pode ser classificada em quatro categorias:

• Infiltração de vários elementos não metálicos.
• Infiltração de vários elementos metálicos.
• Infiltração simultânea de elementos metálicos e não metálicos.
• Difusão para eliminar elementos de impureza, entre outros.

5. Classificação de acordo com a estrutura de fases formada pelos elementos infiltrantes e pelos elementos do aço

Existem dois mecanismos envolvidos no processo de modificação superficial do aço. O primeiro mecanismo é a formação de soluções sólidas pelos elementos infiltrantes que se dissolvem na rede de elementos solventes. A cementação, a carbonitretação e processos similares se enquadram nesta categoria.

O segundo mecanismo é a difusão da reação, que possui dois subtipos.

O primeiro subtipo envolve os elementos infiltrantes reagindo com os elementos presentes no aço para formar fases ordenadas, também conhecidas como compostos metálicos. A nitretação, comumente chamada de nitretação, é um exemplo desse subtipo.

O segundo subtipo ocorre quando a solubilidade dos elementos infiltrantes na rede do elemento solvente é muito baixa. Neste caso, os elementos infiltrantes reagem com os elementos presentes no aço para formar fases compostas. A boronização é um exemplo desse subtipo.

6. Classificar de acordo com o efeito/finalidade dos elementos de infiltração nas propriedades superficiais das peças de aço

• Aumente a dureza, a resistência, a resistência à fadiga e a resistência ao desgaste da superfície da peça, empregando técnicas como cementação, nitretação, carbonitretação e outras.
• Aumente a dureza e a resistência ao desgaste da superfície da peça através de métodos como boronização, vanadização, nióbio e outros.
• Reduza o coeficiente de atrito e melhore a resistência anti-gripagem e a arranhões da superfície da peça, utilizando técnicas como sulfurização, oxinitretação e tratamento de penetração de enxofre-nitrogênio.
• Melhore a resistência à corrosão da superfície da peça empregando técnicas como siliconização, cromação, nitretação e outras.
• Aumente a resistência à oxidação em alta temperatura da superfície da peça por meio de métodos como aluminização, cromação, siliconização e outros.

7. Classificação de acordo com o estado da estrutura do aço durante o tratamento térmico químico

Tabela 1 Tabela de classificação formada de acordo com o estado estrutural do aço

A Tabela 1 mostra que a temperatura do tratamento térmico químico do aço no estado ferrita é geralmente inferior a 600 ℃, o que é referido como tratamento térmico químico de baixa temperatura.

Por outro lado, a temperatura do tratamento térmico químico do aço no estado austenítico é normalmente superior a 600 ℃, o que é conhecido como tratamento térmico químico de alta temperatura.

Os processos de tratamento térmico químico de baixa temperatura oferecem diversas vantagens, incluindo menor temperatura de tratamento, eficiência energética, distorção mínima da peça de trabalho, melhor resistência à corrosão e propriedades anti-gripagem, maior dureza e melhor desempenho anti-desgaste e anti-fricção.

Além disso, como pode ser visto na Tabela 1, o tratamento térmico químico do aço é normalmente nomeado após a infiltração de diferentes elementos, como cementação, nitretação, carbonitretação e assim por diante.

Características do tratamento térmico químico

Comparado aos métodos de endurecimento superficial, como têmpera superficial e reforço de deformação superficial, ele apresenta as seguintes características.

• Ao introduzir diferentes elementos, a composição química e a estrutura da superfície da peça podem ser efetivamente modificadas para alcançar diversas propriedades de superfície, atendendo assim aos requisitos de desempenho da peça sob diferentes condições operacionais.
• A profundidade da camada de cementação no tratamento térmico químico típico pode ser ajustada com base nas especificações técnicas da peça, e a composição, estrutura e desempenho da camada de cementação variam gradualmente da superfície para o interior. A camada de cementação e a matriz são ligadas metalurgicamente, resultando em uma ligação forte e evitando o descascamento da camada superficial.
• O tratamento térmico químico geralmente não é restrito pela forma geométrica da peça. Independentemente da forma, o invólucro e a cavidade interna podem obter a camada de penetração necessária ou a camada de penetração local. Em contraste, o endurecimento superficial, a laminação, a prensagem a frio, a laminação a frio e outros tratamentos de endurecimento por trabalho a frio são limitados pelo formato da peça de trabalho.
• A grande maioria dos tratamentos térmicos químicos apresenta pequena deformação da peça, alta precisão, boa estabilidade dimensional e outras vantagens. Processos como nitretação, nitretação suave, nitretação iônica e outros permitem que a peça mantenha alta precisão, baixa rugosidade superficial e boa estabilidade dimensional.
• O tratamento térmico químico pode melhorar de forma abrangente as propriedades da superfície da peça de trabalho. A maioria dos tratamentos térmicos químicos pode aumentar a resistência à corrosão, resistência à oxidação, redução de atrito, anti-gripagem, resistência à corrosão e outras propriedades da camada superficial da peça, ao mesmo tempo que melhora as propriedades mecânicas da superfície.
• O tratamento térmico químico geral tem um efeito mais significativo na melhoria da qualidade dos produtos mecânicos, liberando o potencial dos materiais e prolongando a vida útil. Portanto, pode conservar materiais metálicos preciosos, reduzir despesas e aumentar os benefícios econômicos.
• A maior parte do tratamento térmico químico é um processo físico, químico e metalúrgico complexo. Deve ser aquecido em meio ativo específico através de reações físicas e químicas na interface e difusão metalúrgica do exterior para o interior. Como resultado, o processo é complicado, o ciclo de tratamento é demorado e os requisitos de equipamento são elevados.

Conclusão

Este artigo concentra-se principalmente em definir, classificar e destacar as características do tratamento térmico químico.

Ao fornecer essas informações fundamentais, espera-se que os leitores obtenham uma compreensão mais profunda do assunto.