A carburização, ou cementação, já foi usada há muito tempo. No entanto, o processo de cementação evoluiu com os avanços nas técnicas de tratamento térmico que melhoraram a dureza e durabilidade de produtos como mola de aço carbono e forjados de aço carbono.

A carburização é essencialmente a adição de carbono na superfície de aços com baixo teor de carbono às temperaturas apropriadas.

O endurecimento do caso é conseguido com a extinção da camada superficial de alto carbono que possui boa resistência à fadiga e ao desgaste. Esta camada é aplicada em um núcleo de aço com baixo teor de carbono. O endurecimento por caso dos aços carburados é principalmente uma função do teor de carbono. Quando os teores de carbono de aço excedem certa porcentagem, a dureza não é afetada por mais adição de carbono. O carbono adicional nesta fase não é dissolvido. A profundidade de endurecimento da caixa de aço do aço carburado depende do tempo de cementação e da intensidade de carbono da superfície.Quando o tempo de cementação é prolongado para obter profundidades de caixa aumentadas, podem formar-se carbonetos livres excessivos. Os elementos microestruturais têm um efeito desfavorável na distribuição de tensões residuais. Os aços carbonatados geralmente têm teores de carbono base de aproximadamente 0,2%, enquanto a camada carburizada possui um teor de carbono na faixa de 0,8% e 1%. A maioria dos aços carburados é desoxidada pela adição de alumínio. Devido à diferença de conteúdo de carbono no núcleo e no caso, a capacidade de endurecimento do caso também é diferente.

Métodos de Cementação

Embora o princípio de cementação fundamental não tenha mudado muito desde o início, as técnicas de introdução de carbono melhoraram. Os quatro processos de cementação são explicados abaixo.

Cementação de embalagem

Os componentes são embalados em um ambiente com alto conteúdo de carbono, como aparas de ferro fundido ou pó de carbono. Os componentes são aquecidos com a produção de monóxido de carbono, que é um agente redutor. A redução ocorre na superfície do aço com a liberação de carbono que é difundida na superfície por causa das altas temperaturas. Com a absorção de carbono dentro do componente, os materiais são endurecidos. O carbono da superfície está na faixa de 0,7% a 1,3% dependendo do ambiente do processo. A profundidade da caixa é de aproximadamente 0,1 a 1,5 milímetros. O controle da carburação do saco é difícil, porque as temperaturas uniformes podem não ser mantidas.

Cementação a gásA cementação do gás é teoricamente semelhante à carburação de embalagens para além do fornecimento de gás monóxido de carbono para o forno aquecido e a decomposição de carbono. Muitos desses problemas com o carburante de embalagem são eliminados neste processo. O gás de monóxido de carbono precisa ser contido com segurança. Os componentes são incluídos em um ambiente de carbono que é reabastecido continuamente para manter um alto teor de carbono. A carburação a gás é uma das técnicas de carburação mais bem sucedidas e populares utilizadas quando são necessárias grandes quantidades de peças.

Cementação a vácuo

O processo de cementação do vácuo envolve carbonização em um ambiente de baixa pressão que é livre de oxigênio. A atmosfera é significativamente simplificada, embora o gabinete do forno seja complicado. É utilizado um ambiente de componente único contendo hidrocarbonetos gasosos não complicados como o metano. Uma vez que o ambiente utilizado para aquecimento é livre de oxigênio, as temperaturas de cementação podem ser aumentadas consideravelmente sem oxidação superficial. As temperaturas mais elevadas aumentam a solubilidade em carbono e a taxa de difusão. Assim, o tempo necessário para a profundidade do caso é minimizado.

Cementação líquida

Os componentes de aço estão submersos em um ambiente rico em carbono liquefeito. O componente principal em tais banhos é o cianeto. No entanto, questões de segurança levaram a banhos que não são tóxicos, realizando resultados semelhantes. Os componentes são mantidos em um sal derretido que introduz carbono no metal. O carbono é difundido para dentro produzindo uma camada endurecida por rápida extinção. A camada produzida por difusão de carbono é semelhante ao produzido pela carburação do gás. Os casos formados por carburação líquida têm baixo teor de nitrogênio e alto teor de carbono.