Resolução de problemas no processo de nitretação – Parte I

Resolução de problemas no processo de nitretação – Parte I

O processo de nitretação é talvez um dos mais mal compreendidos processos de tratamento termoquímico de superfície realizados atualmente

 

O processo de nitretação completou 100 anos em 2003. A patente para nitretação foi primeiro dada a Adolph Machlet de Elizabeth, Nova Jersey – EUA (veja U.S. Patent 1.092.925, datado de 24 de Junho de 1913), seguido por Adolph Fry da Alemanha no começo da década de 1920. Então, não é um processo tão antigo quanto a cementação. No entanto, do ponto de vista químico, esse processo seja talvez um dos mais simples tratamentos de superfície.

Neste artigo iremos descrever alguns dos problemas que podem ocorrer como resultado de um processo de nitretação. Será necessário avaliar as técnicas do processo, que são: nitretação por gás, diluição, banho de sal ou plasma. A Tabela 1 ilustra as técnicas básicas do processo, assim como o meio do processo e a variação da temperatura de operação.

Baseando-se nas informações fornecidas pela Tabela 1, pode ser dito que a resolução de problemas pode ser dividida em três categorias muito distintas que são mostradas na Fig. 1.

Nossa discussão direcionará as questões normalmente associadas com os problemas do processo.

 

Nitretação a gás

Um dos maiores problemas com a nitretação a gás (Fig. 2) é o entendimento de preparação da superfície em termos de limpeza de superfície. Nunca é demais enfatizar a importância da limpeza de superfície no pré-tratamento do aço antes de realizar a nitretação, sendo que esta etapa é essencial para garantir o sucesso do procedimento (Fig. 3). Uma vez que a superfície esteja livre de contaminações, podemos lidar com os problemas no procedimento do processo.

 

Dissociação do gás

Se não há dissociação de gases na temperatura do processo, é necessário checar o teor de amônia no sistema de armazenamento e alterar para o máximo permitido. Se parecer que a dissociação está acontecendo, mas não nos requisitos apropriados, algo está acontecendo para reduzir o fluxo dentro do sistema. Pode ser apenas uma limitação no escoamento. No entanto, a limitação pode ser causada por oxidação interna se a tubulação utilizada for de aço comum. Outra possível causa é oxidação interna ocorrendo dentro da câmara, significando que o recipiente do processo esteja oxidando ou contaminado.

Outro item geralmente negligenciado é a fixação do suporte de carga como cestas, bandejas e equipamentos de suporte. Uma solução simples é limpar com jato de granalha ou com vidro. É recomendável não utilizar aços baixa liga ou aços comuns para esse tipo de serviço. Esse material irá interagir como uma esponja e irá retirar a amônia do processo. O grau de dissociação do gás irá determinar a qualidade metalúrgica da superfície nitretada, então é importante assegurar que a dissociação desejada foi alcançada de maneira a produzir a superfície requerida (Fig.4).

 

Descoloração da superfície

Descoloração da superfície é normalmente atribuída à entrada de oxigênio, entrada de ar ou contaminante da superfície sendo carregado pelo processo pela peça de trabalho ou pelos equipamentos de suporte de carga. Se o oxigênio estiver presente na câmara de processo, normalmente ocorrerá na porção de resfriamento do ciclo do processo. Portanto, a disposição da vedação do recipiente do processo será suspeita. Se a peça estiver descolorida, não haverá outro efeito adverso na superfície. Pelo contrário, haverá uma melhoria na resistência à corrosão do aço no ponto de contaminação.

Alguns procedimentos de nitretação são denominados por essa capacidade de oxidação da superfície e formação de uma camada nitretada resistente à corrosão. Alguns dos nomes comerciais são oxinitretação, nitrox, niox, entre outros.

 

Esfoliação de revestimento

Se parecer que o revestimento começou a descascar, é um indicativo comum da presença de descarbonetação na superfície do componente. A descarbonetação é um resultado direto da:

– Remoção não eficiente de pedaços de metais nas etapas de usinagem pré-nitretação;
– Descarbonetação ocorreu na etapa de pré-aquecimento durante tratamento.

O componente é então considerado sucata e não é recomendada sua reutilização.

 

Descamação laranja

A superfície é aleatoriamente ondulada. Este defeito também pode ser atribuído à descarbonetação.

 

Formação de lascas da superfície nitretada

Se a superfície aparentar formação de lascas, especialmente nos cantos, é normalmente indicativo do que é conhecido como rede de nitretos (Fig. 5). É uma área muito enriquecida em nitrogênio, onde existem precipitados muito duros e muito frágeis compostos de nitreto e elementos já presentes no aço. Este problema ocorrerá quando o potencial de nitretação do gás de processo for muito elevado. A solução é verificar o fluxo de gás e a dissociação para tentar reduzir o fluxo de acordo.

 

Descamação do revestimento

Isso pode ocorrer como resultado direto da presença de contaminante da superfície no componente. Investigar a etapa de limpeza antes da nitretação, assim também como as de usinagem.

 

Esmagamento do revestimento

Isso se deve a um núcleo de dureza que está falhando ao suportar o revestimento nitretado. Outra probabilidade é o revestimento formado ser um pouco raso e a solução pode aumentar sua profundidade, o que deve ser feito com cautela. A aplicação da peça de trabalho e o tipo de carga que irá suportar também devem ser checados.

 

Nitretação em banho de sal

Esse processo pode ser econômico contanto que a limpeza e a química do banho de sal permaneçam (Fig. 6). É obrigatório que o banho de sal seja verificado no começo de cada transferência e que adições apropriadas ao banho de sal sejam feitas para manter suas propriedades. O banho deve ser regularmente deslocado para remoção dos óxidos que se formam na superfície devido a cestas de trabalho e fios de suspensão da carga.

A etapa de limpeza antes do processo também é obrigatória da mesma forma que ocorre com o processo a gás, e é muito importante que após a nitretação seja feita limpeza também para remover qualquer traço do sal em furos ou cavidades.

 

Nitretação por diluição

Nitretação por diluição é um processo que existe desde o desenvolvimento inicial da nitretação a gás de Machlet. O processo foi aperfeiçoado e desenvolvido na América do Norte para uma ciência muito precisa, sendo ainda um processo que utiliza amônia como fonte de nitrogênio. Controla-se a metalurgia da superfície durante o processo utilizando diluição de gás nitrogênio ou hidrogênio. A próxima área a ser seguida pelo controle de projeto e de reprodutibilidade é entregar um tipo de processo a gás com um sistema de medição muito preciso.

Os problemas que podem ocorrer são de natureza principalmente metalúrgica e estão descritos na seção de nitretação a gás. Os problemas incomuns estão relacionados a hardware e programas, embora não existam dúvidas de que possam ocorrer.

Na parte II discutiremos o processo remanescente de nitretação a plasma e alguns problemas de nitretação que ainda não foram abordados. Discussões sobre nitretação e metalurgia podem ser encontradas no blog (www.industrialheating.com/pyeblogs), o qual tem sido executado pelo website da revista Industrial Heating EUA desde 2008.

 

Para mais informações: David Pye, Consultoria Metalúrgica Internacional Pye; 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.

 

David Pye
David Pye
Consultoria Metalúrgica Internacional Pye; Saint Anne’s on Sea, Lancashire - Reino Unido; E-mail: pye_d@ymail.com; web: www.heat-treatment-metallurgy.com.

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