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 por "difusão de superfície" ou "difusão térmica", envolve a colocação de materiais metálicos ou partes 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 por meio da decomposição, adsorção, solução sólida e reação combinada de pirolisados médios na superfície do metal. Os elementos penetram gradualmente no material metálico por meio de difusão térmica, formando uma camada de penetração rica em um ou mais elementos de liga na superfície do metal.

A tecnologia de tratamento térmico químico desempenha um papel importante no setor moderno devido à sua capacidade de melhorar consideravelmente os requisitos de desempenho das peças de trabalho.

Ao criar uma superfície dura e uma superfície interna resistente, ele pode aprimorar várias propriedades mecânicas, incluindo alta resistência, alta dureza, alta resistência ao desgaste, desempenho antiaprisionamento, desempenho antifadiga e resistência especial à corrosão. Também pode melhorar as propriedades físicas e químicas da superfície da peça de trabalho, como a resistência à oxidação em altas temperaturas.

É importante observar que a peça de trabalho 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 em uma ampla gama de aplicações industriais.

As principais características do tratamento térmico químico incluem:

• Infiltração por difusão sólida que não apenas altera a composição química da camada superficial da peça de trabalho, 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 obter com um único material ou melhorar ainda mais o desempenho da peça de trabalho.
• O tratamento térmico químico é impulsionado por um gradiente de concentração.
• A estrutura da camada de infiltração formada pelo tratamento térmico químico adere ao diagrama de fases.
• Sua estrutura é contínua e classificada como uma 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 a cementação, nitretaçãoboronização, aluminização, sulfurização, carbonitretação, cementação composta de carbono-cromo e muito mais.

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

1. Infiltração de elemento único

Como carburização (unidade de carburização), boronização (unidade de boronização), etc.

2. Penetração binária.

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

Quando o carbono e o 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 vários elementos.

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

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

4. Infiltração de composto binário.

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 de composto binário de tungstênio-carbono.

5. Infiltração composta de múltiplos elementos.

A infiltração composta de vários elementos 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 de vários elementos.

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

1. Método sólido

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

2. Método líquido

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

3. Método de gás

Incluindo método a vácuo, método de gás sólido, método de gás indireto, método de forno de íons móveis, 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 alteração da composição química da superfície

A infiltração por difusão pode ser classificada em quatro categorias:

• Infiltração de vários não metálico elementos.
• 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 fase formada pelos elementos infiltrantes e os elementos no aço

Há dois mecanismos envolvidos no processo de modificação da superfície do aço. O primeiro mecanismo é a formação de soluções sólidas pelos elementos infiltrados que se dissolvem na estrutura dos elementos solventes. Os processos de cementação, carbonitretação e similares se enquadram nessa categoria.

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

O primeiro subtipo envolve os elementos infiltrantes que reagem 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 estrutura do elemento solvente é muito baixa. Nesse caso, os elementos infiltrantes reagem com os elementos presentes no aço para formar fases compostas. A boronização é um exemplo desse subtipo.

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

• Aumenta a dureza e a resistência, resistência à fadigae resistência ao desgaste da superfície da peça de trabalho empregando técnicas como cementação, nitretação, carbonitretação e outras.
• Aumentar a dureza e a resistência ao desgaste da superfície da peça de trabalho por meio de métodos como boronização, vanadização, nióbio e outros.
• Diminua o coeficiente de atrito e melhore a resistência a arranhões e a riscos da superfície da peça de trabalho utilizando técnicas como sulfurização, oxinitretação e tratamento de penetração de enxofre e nitrogênio.
• Melhorar a resistência à corrosão da superfície da peça de trabalho empregando técnicas como siliconização, cromagem, nitretação e outras.
• Aumentar a resistência à oxidação em alta temperatura da superfície da peça de trabalho por meio de métodos como aluminização, cromização, 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 da estrutura do aço

A Tabela 1 mostra que a temperatura do tratamento térmico químico do aço no estado de ferrita é geralmente inferior a 600°C, o que é chamado de 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°C, o que é conhecido como tratamento térmico químico de alta temperatura.

Os processos de tratamento térmico químico de baixa temperatura oferecem várias vantagens, incluindo temperatura de tratamento mais baixa, eficiência energética, distorção mínima da peça de trabalho, maior resistência à corrosão e propriedades antiaderentes, maior dureza e melhor desempenho em termos de desgaste e antifricção.

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

Características do tratamento térmico químico

Em comparação com métodos de endurecimento de superfícies como resfriamento da superfície e fortalecimento da deformação da superfície, ele apresenta as seguintes características.

• Com a introdução de diferentes elementos, a composição química e a estrutura da superfície da peça de trabalho podem ser modificadas com eficácia para obter diversas propriedades de superfície, atendendo, assim, aos requisitos de desempenho da peça de trabalho em diferentes condições de operação.
• A profundidade da camada de cementação em um tratamento térmico químico típico pode ser ajustada com base nas especificações técnicas da peça de trabalho, e a composição, a estrutura e o 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 descolamento da camada superficial.
• O tratamento térmico químico geralmente não é restringido pela forma geométrica da peça de trabalho. Independentemente do formato, a carcaça e a cavidade interna podem obter a camada de penetração necessária ou a camada de penetração local. Por outro lado, o endurecimento da superfície, 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.
• A grande maioria dos tratamentos térmicos químicos tem pequena deformação da peça de trabalho, alta precisão, boa estabilidade dimensional e outras vantagens. Processos como nitretação, nitretação suave, nitretação iônica e outros permitem que a peça de trabalho mantenha alta precisão, baixa rugosidade da superfíciee 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, a resistência à oxidação, a redução do atrito, a resistência à corrosão e outras propriedades da camada superficial da peça, além de melhorar as propriedades mecânicas da superfície.
• O tratamento térmico químico geral tem um efeito mais significativo no aprimoramento da qualidade dos produtos mecânicos, liberando o potencial dos materiais e prolongando a vida útil. Portanto, ele pode conservar materiais de metais preciosos, reduzir despesas e aumentar os benefícios econômicos.
• A maior parte do tratamento térmico químico é um processo físico, químico e metalúrgico complexo. Ele deve ser aquecido em um meio ativo específico por meio 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 longo e os requisitos de equipamento são altos.

Conclusão

Este artigo se concentra principalmente na definição, classificação e destaque das características do tratamento térmico químico.

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