A capacidade de resistir à abrasão e à indentação são dois atributos muito importantes de certos tipos de metais. Ao selecionar um tipo de metal, um fator importante a levar em consideração é a sua dureza, que é uma medida dessas propriedades. A superfície mais externa de um metal é sem dúvida a parte mais importante para determinar a dureza ideal. Isso se deve ao fato de ser a superfície que mais sofre impacto direto e abrasão. Alguns metais passam por um processo denominado endurecimento para alterar sua dureza superficial, a fim de garantir que a dureza de um substrato metálico seja adequada.
O que é endurecimento de case?
O endurecimento da caixa é um processo de tratamento térmico que endurece a superfície de um substrato metálico enquanto mantém um núcleo mais macio. Isto permite combinar as melhores propriedades de um metal macio e duro em uma única peça.
Comparado a uma substância dura, um material macio pode suportar muito melhor as pressões de impacto. Além disso, é mais forte, mais dúctil e mais resistente, mas a sua resistência ao desgaste é insuficiente. Para garantir que o material não se desgaste por abrasão ou fricção, é essencial uma boa resistência ao desgaste. Podemos minimizar bastante o desgaste do material sem sacrificar outras qualidades, apenas endurecendo o exterior.
Uma superfície fina e endurecida pode ser obtida de várias maneiras, inclusive adicionando componentes adicionais à superfície ou alterando a estrutura cristalina. Mas altas temperaturas são quase sempre necessárias para o endurecimento da camada, independentemente do método.
Por que Case Harden?
Existem vários motivos para endurecer um material em vez de tentar endurecer um objeto metálico inteiro. Um dos motivos é a eficiência. Menos energia e menos tempo são necessários para aquecer a superfície externa de um metal, em oposição a toda a sua seção transversal. Essas eficiências podem resultar em enormes economias de custos em operações de fabricação em larga escala. Outra razão pela qual o endurecimento é amplamente utilizado é o desempenho. Pode ser vantajoso ter um metal com uma casca externa dura e um interior mais dúctil. Um exemplo disso seria quando um metal é necessário para resistir à abrasão, mas ainda precisa ser capaz de absorver um impacto sem resultar em uma fratura frágil completa.
Ttipos de métodos de endurecimento de caixa
O princípio do endurecimento do caso é bastante simples. Queremos que a superfície forme uma estrutura dura conhecida como martensita. Mas esta estrutura só se forma quando os componentes de aço são temperados a altas temperaturas e desde que o teor de carbono da liga de aço seja suficientemente elevado.
Se o teor de carbono for suficiente, só precisamos aquecer e temperar a peça. Mas se o teor de carbono for baixo ou se precisarmos de dureza extrema, elementos como carbono e nitrogênio precisam ser adicionados à superfície do material. Vejamos agora os diferentes processos usados para obter o endurecimento da caixa com base nos princípios mencionados acima.
Aquecimento e têmpera
Tradicionalmente, o aquecimento e a têmpera têm sido usados para realizar o endurecimento em uma variedade de metais. Um método de endurecimento do metal é aplicar uma chama direta de oxigás ao componente de aço. O uso de aquecimento indutivo ocorre ocasionalmente. A temperatura da superfície da peça de aço aumenta rapidamente em ambos os cenários. Como resultado, a estrutura cristalina da austenita substitui a estrutura cristalina da perlita.
Uma vez atingida a temperatura definida, a peça é resfriada rapidamente, muitas vezes por imersão em água. Isto altera mais uma vez a estrutura cristalina, desta vez de austenita para martensita, que é uma estrutura particularmente dura.
Como apenas a superfície sofre alteração na estrutura cristalina, a peça endurece apenas na superfície. Mas para que a peça se beneficie deste método, deve haver carbono suficiente no material original. No caso de baixo teor de carbono (<0.3%) in the metal part, this method will not yield favourable results.
Carburização
Se os níveis de carbono estiverem abaixo de 0,3%, devemos adicionar mais carbono à peça antes de submetê-la ao aquecimento + têmpera. Colocar uma peça no processo de cementação é uma maneira de fazer isso.
A cementação envolve o aquecimento do componente de aço por um período de tempo predeterminado enquanto uma fonte externa de carbono está presente. O carbono da substância carbonácea se difunde no metal em altas temperaturas. Mais calor e tempos de aquecimento mais longos fazem com que o carbono seja absorvido mais profundamente pela superfície do metal.
Uma vez que a cementação aumenta o teor de carbono da camada superficial do aço, nós a submetemos ao endurecimento por chama ou por indução para aumentar a dureza.
Nitretação
Para uma liga de aço que contém elementos como alumínio, cromo e molibdênio, podemos usar nitretação para endurecimento.
A peça é aquecida na presença de gás nitrogênio e amônia dissociada para formar nitretos. Os nitretos também aumentam a dureza do material.
Como o item é aquecido a 620 graus (1150 graus F), a nitretação geralmente ocorre em temperaturas mais baixas. A difusão e a consequente dureza serão mais profundas quanto mais tempo for mantido nesta temperatura.
Que tipos de metais podem ser endurecidos?
Os metais que podem ser endurecidos são geralmente limitados a materiais ferrosos, embora existam casos especiais, como a nitretação de algumas ligas de titânio ou alumínio. Os metais ferrosos comumente endurecidos são:
Aço de baixo carbono
Aço de alto carbono
Ferro fundido
Aço de baixa liga de alta resistência
Aço ferramenta
Aços inoxidáveis
Alguns componentes comuns que são endurecidos incluem:
Engrenagens
Fixadores
Árvores de cames
Varas
Alfinetes
