Fundamentos da Nitretação: Nitretação a Gás e a Plasma Sem Têmpera

Um princípio de endurecimento diferente

Ao contrário da cementação, a nitretação não depende de uma transformação de fase. As peças são aquecidas até aproximadamente 500–580 °C — abaixo das temperaturas de revenimento e de transformação do aço — em um ambiente fornecedor de nitrogênio (gás de amônia, ou um plasma de nitrogênio). O nitrogênio se difunde para dentro e forma nitretos finos e duros com os elementos de liga no aço. Como nada é temperado depois, a distorção é mínima e peças acabadas podem ser tratadas.

As duas zonas

Uma superfície nitretada tem duas regiões distintas:

• Camada de compostos ("camada branca") — uma fina película superficial de nitretos de ferro, tipicamente com alguns micrômetros até algumas dezenas de micrômetros de espessura. Ela é muito dura, resiste ao engripamento e à corrosão, mas pode ser frágil; em peças de precisão ou submetidas a fadiga, ela é frequentemente limitada ou removida por lapidação.
• Zona de difusão — abaixo dela, o nitrogênio em solução e os precipitados de nitretos de liga elevam a dureza gradualmente de volta ao nível do núcleo. As profundidades totais de camada são tipicamente de cerca de 0.2–0.7 mm, muito mais rasas do que as camadas cementadas, porque a temperatura mais baixa retarda a difusão e os ciclos já duram dezenas de horas.

A dureza superficial depende fortemente do aço: classes que contêm alumínio e cromo podem exceder aproximadamente 1000 HV, enquanto aços-carbono comuns ganham pouco mais do que proteção superficial — eles não possuem os elementos formadores de nitretos.

Aços que nitretam bem

Os aços para nitretação são ligados deliberadamente com alumínio, cromo, molibdênio e vanádio:

• 1.8550 (31CrMoV9) — o clássico aço dedicado para nitretação, fornecido pré-endurecido.
• 4140 / 42CrMo4 — amplamente nitretado para eixos e engrenagens onde dureza moderada de camada é suficiente.
• H13 (1.2344) — matrizes para trabalho a quente são rotineiramente nitretadas (ou nitrocarbonetadas) para resistir à soldagem e às trincas térmicas em serviço de fundição sob pressão.
• Classes inoxidáveis e maraging têm suas próprias variantes de baixa temperatura para evitar prejudicar a resistência à corrosão ou a estrutura envelhecida.

Regras de processo que importam

1. Pré-endurecer primeiro. O núcleo é temperado e revenido antes da nitretação, e a temperatura final de revenimento deve ficar seguramente acima da temperatura de nitretação — caso contrário, o próprio ciclo super-revene o núcleo.
2. Aliviar tensões após a usinagem de desbaste, para que o ciclo de nitretação não seja obrigado a fazer dois trabalhos.
3. Gás vs plasma. A nitretação a gás é o padrão econômico em lote. A nitretação a plasma (iônica) oferece melhor controle da camada branca, funciona mais prontamente em classes inoxidáveis e pode mascarar áreas mecanicamente, a um custo de equipamento maior.
4. Sem têmpera significa sem resgate. Defeitos superficiais, descarbonetação ou um núcleo macio na entrada ainda estarão lá na saída — a qualidade da preparação decide o resultado.

Nitretação versus cementação

Os dois processos de camada são complementos, e não concorrentes. A cementação oferece camadas mais profundas (comumente da classe 0.5–2 mm), maior capacidade de carga e menor custo unitário em engrenagens de alto volume, mas precisa de uma têmpera, com a distorção e a retificação de acabamento que se seguem. A nitretação oferece camadas mais rasas e limites menores de carga de contato, mas a peça pode ser usinada em acabamento antes do tratamento e emerge dimensionalmente estável, com melhor resistência à corrosão e comportamento ao engripamento. Os fatores decisivos são geralmente a profundidade de camada requerida, a tolerância à distorção e se o aço em questão contém os elementos formadores de nitretos dos quais a nitretação depende.