O processo de nitretação talvez seja um dos processos termoquímicos de tratamento de superfície mais mal compreendidos praticados atualmente
Na primeira parte deste artigo (publicado na edição de Março da IH Brasil), nós falamos sobre dois processos de nitretação: a gás e em banho de sal. Olhamos para os problemas resultantes destas duas técnicas. Este artigo irá focar na nitretação por íon/plasma e na solução de seus problemas. Também discutiremos alguns problemas gerais sobre nitretação.
A camada de nitretos formada ocorre normalmente como mostrado na Fig. 1. A verdadeira construção da camada depende da composição do aço a ser tratado. Por exemplo, a concentração de carbono do aço irá contribuir para a maneira como a camada composta (camada branca) irá se formar.
De forma geral, a camada composta deveria formar aproximadamente 50% do nitreto épsilon e aproximadamente 50% dos nitretos gama primários. Os nitretos estáveis irão se formar com os elementos formadores de nitretos abaixo da camada composta. O verdadeiro sucesso do processo de nitretação é o tratamento de pré-aquecimento anterior ao acabamento por usinagem e nitretação subsequente.
Nitretação Iônica
Nitretação iônica é também conhecida como nitretação de descarga brilhante ou nitretação a plasma (Fig. 2). O processo está ganhando muita popularidade na América do Norte devido à legislação para efluentes de processo, especificações de engenharia europeia e uma crescente preocupação com a reprodutibilidade e a consistência metalúrgica devido ao controle computacional (Fig. 3). É necessário compreender que existem dois tipos de sistemas de energia: fonte em corrente contínua e fonte em corrente pulsada. Também existem dois tipos de fornos de nitretação iônica/a plasma, por parede fria e parede quente (Fig. 4).
Superaquecimento da Peça
Superaquecimento é normalmente resultado das peças estarem muito próximas entre si e é conhecido como “efeito do catodo oco”. Este efeito pode ser geralmente visto durante o processo ao olhar através de um visor de vidro. A área específica que é sujeita ao efeito do catodo oco pode ser vista às vezes brilhando em temperatura visível. Após o processo ser completado e a peça for retirada da câmara, pode ser identificado como partes escuras na peça. Também pode ser medido em termos de dureza. A área afetada da peça terá menor dureza superficial do que o resto do componente.
A peça pode também ser superaquecida pelas variações de corrente e tensão do processo. Isto pode ser causado simplesmente por valores incorretos usados tanto no controlador do processo ou no computador (caso o processo seja controlado por computador). O superaquecimento pode também ser resultado de um valor incorreto de temperatura utilizado.
Qual é a temperatura correta de processo a ser usada? Isso vai depender de:
– A composição do aço que será usado para a produção da peça;
– A temperatura de revenimento do tratamento de pré-aquecimento;
– A superfície requerida pela metalurgia.
Um aspecto muito importante de uma temperatura não uniforme de processo durante o procedimento de nitretação e no procedimento da câmara é que irá causar grandes variações no componente. Assim sendo, o carregamento da câmara de processo é extremamente importante para assegurar que o efeito do catodo oco não ocorra. Além disso, é importante que os termopares do processo sejam posicionados na área de carregamento que irá melhor representar a temperatura de processo na superfície da peça. É igualmente crucial que os valores de controle de processo sejam conhecidos como “bons valores” de testes anteriores.
Perda de Nitretação
Durante a observação das condições de processo através de um visor de vidro no forno, se existirem áreas da peça sendo tratadas sem uniformidade no brilho do plasma, significa apenas que a pressão selecionada do processo está incorreta e que o valor é muito elevado. Se esta condição ocorrer, é mais importante corrigir isso porque nenhuma nitretação acontecerá onde não houver brilho. Isso significa que não haverá camada ou será extremamente rasa. A maneira em que essa condição é corrigida será para verificar que não existem vazamentos no vaso (lembre-se, o processo está acontecendo em condições de pressões parciais). Se não existirem vazamentos, a pressão de operação deve ser reduzida até que o brilho reapareça na área em que não foi havia aparecido ainda.
Descarga de Arco
É encontrada normalmente em sistemas de corrente contínua, mas pode ocorrer também nos sistemas de corrente pulsada (embora com menor frequência). A causa é de uma tensão de processo muito elevada, então a solução seria a de simplesmente reduzir a tensão até que a descarga pare. A descarga de arco é vista como uma descarga de relâmpago em miniatura dentro da câmara e irá ser atraído para cantos vivos no componente, o que irá resultar em um superaquecimento localizado e provavelmente em queimadura superficial/fusão localizada. A correção é reduzir a tensão de processo ou alterar a pressão do processo.
Lascamento da Peça
É encontrada com mais frequência em cantos vivos. O motivo mais provável é a “rede de nitretos”. Isso significa que o canto que lascou foi supersaturado com nitrogênio. Esta condição pode aparecer também em nitretação a gás e em banho de sal. Isso acontece porque há muito nitrogênio presente no canto devido ao “efeito de borda”. Nitrogênio é solúvel em ferro até aproximadamente 7% em volume (máximo). Quando ocorre a supersaturação, o nitrogênio precipita da solução durante o resfriamento do processo e se estabiliza nos contornos de grão localizados nos cantos do componente (Fig. 5). A solução neste caso é reduzir o nitrogênio do processo ou arredondar os cantos do componente.
Outros Problemas em Nitretação
Como lascamento da peça, alguns problemas de nitretação podem ocorrer; independentes do processo utilizado.
Baixa Dureza de Superfície
O motivo provável é a baixa disponibilidade de nitrogênio com nitrogênio inadequado na solução com o aço para formar nitretos suficientemente estáveis na superfície. Outra condição que pode ocasionar a baixa dureza de superfície é se o aço for muito pobre em elementos de liga formadores de nitrogênio. A solução é alterar o aço usado para produzir a peça ou aumentar o nitrogênio e assim aumentar o potencial de nitrato no gás de processo.
Escamação da Superfície
A razão desta condição é frequentemente um contaminante de superfície que foi carregado para o processo pela peça. Simplesmente verificar o método de produção para o tipo de líquido refrigerante ou fluido de corte utilizado durante a pré-usinagem e então checar o método de pré-limpeza anterior ao procedimento de nitretação.
Alguns contaminantes podem ser removidos por limpeza via pulverização no começo do processo de nitretação a plasma utilizando hidrogênio como o gás de limpeza. Se o hidrogênio não for suficientemente agressivo, uma mistura de hidrogênio/argônio pode ser usada. Seja cauteloso com o uso de argônio porque este gás possui um peso atômico que pode causar gravuras na superfície. O volume máximo de argônio sugerido seria 10% com 90% de hidrogênio. Geralmente a razão da mistura é de 5% de argônio e de 95% de hidrogênio.
Conclusão
Nitretação é um processo muito útil para desenvolver propriedades para determinadas operações. Não pode substituir outros métodos de endurecimento da superfície, e não é um processo sem desafios. Esperamos que este artigo em duas partes tenha mostrado diferentes técnicas e que as sugestões de soluções para os problemas possam te ajudar a produzir peças nitretadas com maior qualidade.
Para mais informações: David Pye, Pye Metallurgical International Consulting; Saint Anne’s on Sea, Lancashire – Reino Unido; e-mail: pye_d@ymail.com; web: www.heat-treatment-metallurgy.com.
Referências
[1] Some Practical Aspects of the Nitriding Process, McQuaid H.W. and Ketcham W. J., Transactions American Society of Steel Treaters, 1928;
[2] Adolph Fry. US Patent 1,487,554 18 March 1924;
[3] Practical Nitriding and Ferritic Nitrocarburizing, Chapter 17 Troubleshooting. Pye D., ASM International, 2003.
