Um guia simples para o acabamento de nitretação

Um acabamento de nitruração é uma forma especial de tratar peças metálicas. Ajuda a torná-las muito duras, fortes e capazes de durar muito tempo. Pode pensar nisto como dar às suas peças metálicas uma forte camada de armadura. Esta armadura impede-as de ficarem riscadas, gastas ou enferrujadas. Se trabalha com peças metálicas que têm de ser resistentes, este artigo é para si. Iremos falar-lhe do processo de nitruração de uma forma simples. Aprenderá como funciona, porque é que é uma coisa boa e como pode ajudá-lo a fazer melhores produtos.

O que é o processo de nitruração e como funciona?

O processo de nitruração é um tipo de tratamento térmico. É um processo de tratamento de superfície que é utilizado para endurecer o aço e outros metais ferrosos. A ideia principal é colocar azoto no exterior de uma peça metálica. Isto é feito aquecendo a peça de trabalho num local especial que tenha muito azoto. O azoto penetra no metal. A isto chama-se difusão. Este processo cria uma camada exterior muito dura.

Esta camada exterior está cheia de pequenos pedaços duros chamados precipitados de nitreto. Isto torna a superfície muito, muito dura. É diferente de outras formas de endurecer o metal, como a cementação. O processo de nitretação é efectuado a uma temperatura mais baixa. Isto é muito bom porque significa que as peças não se dobram nem mudam muito a sua forma. Há muito pouca distorção, pelo que as suas peças mantêm o tamanho correto. O processo de nitruração é uma forma maravilhosa de tornar as peças mais fortes sem os problemas que advêm da utilização de calor elevado.

Porque é que a proteção contra a ferrugem é tão importante com a nitruração?

Uma das melhores coisas da nitruração é a grande resistência à corrosão que confere às peças. Isto significa que ajuda a parar a ferrugem. Quando uma peça é nitretada, é criada uma camada especial na parte superior. É a chamada camada composta. Esta camada é normalmente feita de nitreto de ferro. Funciona como uma parede forte. Esta parede impede que o ar e a água cheguem ao metal que está por baixo. Isto ajuda a impedir a ferrugem e outros tipos de desgaste e corrosão.

Para muitas peças, ter uma boa resistência à corrosão é tão importante como ser duro. Por exemplo, pense em componentes de armas de fogo ou peças que são utilizadas em áreas húmidas. A resistência à corrosão resultante da nitruração significa que estas peças irão durar muito mais tempo. Mesmo para um metal como o aço inoxidável, que já é bom a resistir à ferrugem, a nitruração pode tornar a sua resistência à corrosão ainda melhor. A camada de nitreto melhora a resistência ao desgaste e mantém a peça protegida contra danos. Esta resistência extra à corrosão é um benefício muito importante.

Qual é a temperatura de processo correta para a nitruração?

A temperatura do processo de nitruração é um fator muito importante. Normalmente, é efectuada a uma temperatura entre 400°C e 575°C (750°F e 1065°F). Esta temperatura é escolhida com muito cuidado. Tem de ser suficientemente quente para que a difusão do azoto funcione. Mas não pode ser demasiado quente. Se a temperatura do processo for demasiado elevada, pode enfraquecer o interior da peça. Pode estragar a resistência que a peça obteve numa fase anterior do tratamento térmico.

A baixa temperatura do processo é um grande ponto positivo para a nitruração. Outras formas de endurecer o metal, como a cementação, utilizam temperaturas muito mais elevadas. Esse calor elevado pode fazer com que as peças se dobrem ou alterem a sua forma. Com a nitruração, há muito pouca distorção. Isto significa que é necessário menos trabalho para fixar a peça depois de ser tratada. A peça de trabalho mantém o seu tamanho e forma. Isto pode poupar-lhe muito tempo e dinheiro.

Como é que a nitruração altera o acabamento da superfície de uma peça?

O acabamento da superfície de uma peça após a nitretação é normalmente muito agradável e suave. Como o processo utiliza pouco calor, o acabamento da superfície não se torna áspero. Em muitos casos, as peças estão prontas para serem utilizadas assim que são retiradas do forno. Muitas vezes, não necessitam de grandes trabalhos de polimento ou retificação. Isto é ótimo quando se olha para outros métodos de tratamento térmico que podem deixar uma superfície rugosa.

Por vezes, pode aparecer na superfície uma camada muito fina, de cor cinzenta escura ou preta. Trata-se de uma camada de óxido. Acontece frequentemente com alguns tipos de nitretação, como o processo de nitrocarbonetação. Esta camada de óxido é, de facto, uma coisa boa. Pode tornar a resistência à corrosão ainda melhor. Também pode ajudar as peças a deslizar facilmente e a reduzir o atrito. Se necessitar de um acabamento de superfície muito brilhante, pode efetuar um pequeno polimento. Mas não se deve polir muito. Um polimento intenso pode retirar a camada de nitreto duro.

É necessário temperar as peças após a nitruração?

Essa é uma pergunta muito boa. A resposta é não, não se temperam as peças após nitretar as peças. As peças precisam de ser endurecidas e obter a sua têmpera final antes de inicia-se o processo de nitruração. O passo da têmpera confere ao interior da peça a quantidade certa de resistência e tenacidade. É muito importante que a temperatura para a têmpera final seja mais elevada do que a temperatura que será utilizada para a nitruração. Deve ser pelo menos 30°C (50°F) mais elevada.

Porque é que isto é tão importante? Se nitretar uma peça a uma temperatura mais quente do que a temperatura final de têmpera, o interior do metal tornar-se-á macio. Isto tornaria a peça inteira muito mais fraca. Por isso, a regra a reter é esta: endurecer e temperar sempre primeiro. Isto garante que o interior da liga permanece forte enquanto a superfície exterior fica muito dura. Uma boa têmpera antes da nitruração é o segredo de uma peça excelente.

Como é que se pode controlar a profundidade da caixa na nitruração?

A profundidade da caixa diz-lhe até que ponto a dureza penetra na superfície de uma peça. Com a nitruração, é possível alterar a profundidade da caixa de duas formas principais. A primeira é o tempo que a peça permanece no forno. A segunda é a temperatura do forno. Quanto mais tempo a peça estiver a ser tratada, mais profundamente o azoto penetrará no metal. Isto faz com que a profundidade da caixa seja maior.

Uma caixa mais profunda pode dar a uma peça uma melhor resistência à fadiga. Isto é importante para as peças que sofrem muita tensão, como uma cambota ou uma engrenagem. Mas deve saber que este processo demora muito tempo. Obter um caso profundo pode ser muito lento e, por vezes, pode demorar mais de 80 horas. As pessoas que projectam as peças decidem qual a profundidade correta da caixa para o trabalho que a peça tem de fazer. Para muitos trabalhos, uma caixa fina é tudo o que é necessário para obter uma excelente resistência ao desgaste.

Qual deve ser o estado da superfície antes do processo?

O estado da superfície de uma peça antes de ser colocada no forno é muito importante. A superfície deve estar totalmente limpa. Não pode ter qualquer óleo, gordura, sujidade ou ferrugem. Qualquer sujidade deixada na superfície pode impedir o azoto de penetrar no metal. Isto causaria pontos moles e o processo não funcionaria bem.

Além disso, a superfície não pode ter quaisquer camadas resultantes de outros trabalhos efectuados. Por exemplo, uma superfície pode ser danificada durante Maquinação CNC. Nesse caso, algum material deve ser removido com um pouco de retificação ou polimento para obter um metal novo e limpo. Isto é ainda mais verdadeiro no caso do aço inoxidável. O aço inoxidável tem uma camada natural que não se vê. Trata-se de uma camada de óxido, que protege o metal. Esta camada precisa de ser removida imediatamente antes do processo de nitruração. Se não for removida, o azoto não consegue penetrar no metal. Uma superfície limpa é o primeiro passo para uma boa peça nitretada.

Quais são os diferentes tipos de nitretação?

Existem três tipos principais de nitruração. Cada um deles é um pouco diferente. São bons para diferentes tipos de trabalhos.

1. Nitretação a gás: Este é o tipo mais frequente. Para a nitruração a gás, as peças são colocadas num forno que é fechado. De seguida, é bombeado um gás especial para o forno. Trata-se normalmente de gás amoníaco quente. O gás de amoníaco separa-se na superfície do metal quente e liberta azoto. Este azoto é depois introduzido no aço. O fluxo de gás tem de ser observado com muita atenção. A nitretação a gás é uma boa escolha para fazer muitas peças de uma só vez.
2. Nitretação em banho de sal: Com a nitruração em banho de sal, as peças são colocadas numa banheira de sal líquido quente. Este sal contém uma grande quantidade de azoto e um pouco de carbono. Por vezes, chama-se a isto nitretação líquida. A nitruração em banho de sal é muito rápida. Confere às peças uma grande resistência ao desgaste e à corrosão. É frequentemente utilizada para um tipo especial de nitretação chamado nitrocarbonetação.
3. Nitretação por plasma: Esta é a forma mais recente de o fazer. Na nitruração por plasma, as peças são colocadas dentro de um forno de vácuo. O forno é então preenchido com uma mistura de gases especiais, como o nitrogénio e o hidrogénio. Depois disso, são utilizados campos eléctricos para fazer com que o gás se ilumine, quase como um sinal colorido. A este gás incandescente chama-se plasma. O plasma contém iões de azoto. Estes iões são disparados para a superfície da peça. A nitruração por plasma proporciona o melhor controlo sobre todo o processo. Se necessário, pode utilizar gás nitrogénio puro. É uma óptima escolha para o aço inoxidável porque o plasma limpa a superfície e remove a camada de óxido resistente.

Here is a simple table to show how they are different:

Que tipos de materiais podem ser endurecidos com nitretação?

A nitruração é melhor para certos tipos de aço. Não funciona com todos os metais. Os melhores materiais são os aços de liga que têm elementos de liga especiais misturados. Estes são chamados elementos formadores de nitretos. Estes elementos são muito bons a agarrar o nitrogénio para fazer os bits de nitreto super-duros que queremos. Os melhores elementos para este trabalho são o alumínio, o crómio e o molibdénio.

Aqui estão alguns materiais que são bons para nitretação:

• Aços de baixa liga que contêm crómio e molibdénio. São frequentemente utilizados para peças nitretadas.
• Os aços para ferramentas, como o H13, são frequentemente nitretados. São utilizados para fabricar matrizes de extrusão, por exemplo.
• O aço inoxidável é uma óptima escolha. A nitruração dos aços inoxidáveis torna a sua dureza superficial muito melhor. Também evita que fiquem colados ou riscados, o que constitui um problema chamado galha. Todos os tipos de aço inoxidável, mesmo o aço inoxidável austenítico, podem ser tratados com nitretação por plasma.
• Os ferros fundidos também podem ser nitretados. Uma superfície nitretada torna os ferros fundidos muito mais resistentes e duram mais tempo.

Não é possível endurecer um aço ao carbono simples com nitruração. Isto deve-se ao facto de não possuir os elementos de liga adequados. Sem esses elementos, o azoto não pode produzir as partes duras que conferem a elevada dureza superficial.

Para que são frequentemente utilizadas as peças nitretadas?

Pode encontrar peças nitretadas em muitas máquinas que vê e utiliza todos os dias. A nitruração é normalmente efectuada em peças que necessitam de ser resistentes ao desgaste e à fadiga. Devido ao facto de o revestimento ser tão resistente, é perfeito para peças que roçam umas nas outras. O baixo atrito de uma superfície nitretada é também uma grande ajuda.

Eis alguns exemplos em que uma peça nitretada é utilizada para endurecer a superfície:

• Peças do motor: A cambota, a árvore de cames e as peças das válvulas são frequentemente nitretadas. Isto ajuda-as a durar milhões de voltas e movimentos dentro de um motor de automóvel.
• Engrenagens: Uma engrenagem num carro ou numa máquina precisa de uma superfície muito dura. Isto evita que os dentes da engrenagem se desgastem. Uma engrenagem nitretada é muito resistente e dura muito tempo.
• Ferramentas para fazer coisas: Peças como parafusos de extrusão e matrizes que moldam plástico e metal são nitretadas. A elevada dureza da superfície permite-lhes moldar outras coisas sem se desgastarem.
• Componentes de armas de fogo: Muitas partes de uma arma são nitretadas. Isto dá-lhes um acabamento duro, preto e duradouro que também é muito bom para parar a ferrugem.
• Rolamentos e buchas: Para peças que giram ou deslizam, uma superfície nitretada significa menos fricção. Ajuda a evitar que fiquem presas umas às outras.

Qualquer peça de trabalho que necessite de uma superfície muito dura e de grande resistência ao desgaste pode ser melhorada com o processo de nitruração.

Aspectos fundamentais a ter em conta

• A nitruração é um tipo de tratamento térmico. Coloca azoto na superfície de um metal para o tornar muito duro.
• Confere às peças uma incrível resistência ao desgaste e uma grande resistência à corrosão.
• O processo utiliza pouco calor. Isto significa que as peças não alteram muito a sua forma ou tamanho.
• Os principais tipos são a nitretação a gás, a nitretação em banho de sal e a nitretação a plasma. A nitretação por plasma permite um maior controlo.
• A nitruração funciona melhor em aços-liga e aços-ferramenta. Estes aços contêm elementos como o crómio ou o alumínio.
• As peças têm de ser totalmente endurecidas e temperadas antes de inicia-se o processo de nitruração.
• É frequentemente utilizado para peças de motores como a cambota, bem como para engrenagens e ferramentas que necessitam de uma superfície muito resistente.