Estudo da cementação sólida em engrenagens cilíndricas de dentes retos de aço SAE 4320

Abstract

A cementação sólida é um tratamento termoquímico usualmente aplicado no endurecimento superficial de engrenagens, fabricadas de aços com baixo teor de carbono. A engrenagem é posicionada dentro de uma caixa de aço com um pó rico em carbono, sendo levada ao forno e permanecendo numa temperatura de austenitização do aço por um determinado tempo. Neste período ocorre a difusão do carbono para o interior do aço. Ao final do processo, a engrenagem dever ser temperada e revenida. Este endurecimento proporciona à engrenagem maior resistência ao desgaste, enquanto seu núcleo permanece dúctil e tenaz. O objetivo principal deste estudo é verificar a aplicabilidade do cálculo de difusão do carbono no aço, baseado na segunda Lei de Fick, comparando o estudo teórico com os resultados obtidos na prática. Nos cálculos teóricos foram escolhidas três concentrações de carbono para uma mesma profundidade de camada cementada, e seus respectivos tempos de difusão do carbono foram calculados (tempo de forno). Após o experimento, amostras das engrenagens foram removidas e preparadas para análises metalográfica e de microdureza. A avaliação das imagens feitas no estereoscópio e no microscópio óptico, bem como a análise dos perfis de microdureza constatou que, na prática, os cálculos de difusão não foram satisfatórios nas condições de cementação sólida aplicadas nas amostras 2 e 3. Somente os resultados experimentais da amostra 1, que ficou cerca de 2,4 h no forno (o menor dos três tempos), apresentou uma profundidade de camada endurecida próxima àquela recomendada para engrenagens com módulo 2.