O que é o processo de cementação?

É um tratamento termoquímico em que um aço de baixo carbono é aquecido na austenita, em geral entre 900 e 930 °C, em meio rico em carbono. O carbono se difunde na superfície até cerca de 0,8 %. Depois vêm a têmpera e um revenimento baixo, que deixam a superfície com 58 a 62 HRC e o núcleo tenaz.

Qual a diferença entre têmpera e cementação?

A cementação muda a composição química da superfície, acrescentando carbono. A têmpera muda a microestrutura, transformando austenita em martensita por resfriamento rápido. Numa peça cementada as duas acontecem em sequência: sem a têmpera, a camada rica em carbono não fica dura.

O que significa cementar?

Cementar é enriquecer de carbono a superfície de um aço, o carburizing do inglês. O nome vem de "cemento", o meio carbonáceo da cementação em caixa, e não tem relação com o cimento da construção civil.

Quais são os tipos de cementação?

Os principais são a gasosa, a mais usada, com potencial de carbono controlado; a sólida, em caixa com carvão e ativador; a líquida, em banho de sais com cianeto; e a a vácuo, com pulsos de acetileno em baixa pressão, sem oxidação intergranular. Há ainda a cementação a plasma, de uso mais restrito.

Qual a temperatura da cementação?

A faixa geral vai de 850 a 1.000 °C, e o usual fica entre 900 e 930 °C. Para o 8620, as fichas indicam 900 a 925 °C (GGD Metals). Cerca de 50 °C a mais quase dobram a velocidade de difusão do carbono, mas aumentam o crescimento de grão.

Quanto tempo leva para cementar 1 mm?

Pela fórmula de Harris, cerca de 2,5 h a 925 °C para 1 mm de camada total, 3,4 h a 900 °C e 1,9 h a 950 °C. A camada efetiva, medida a 550 HV, é menor que a total, então um CHD de 1 mm pede mais tempo, confirmado por perfil de microdureza num lote piloto.

Como se mede a profundidade da camada cementada?

Por perfil de microdureza Vickers numa seção transversal polida. A profundidade efetiva, CHD, é a distância da superfície até o ponto com 550 HV, pela ISO 18203:2026. Nos Estados Unidos, a SAE J423 usa 50 HRC como corte.

Quais aços são usados para cementação?

Aços de baixo carbono, de 0,10 a 0,25 % C, como o SAE 1020, o 8620 (o mais comum em engrenagens), o 5115 e o 20MnCr5 e o 4320. Os aços ligados dão núcleo mais resistente: o 8620 fica com cerca de 30 a 45 HRC no núcleo, conforme a seção.

Cementação ou nitretação: qual escolher?

A cementação dá camada mais profunda, para cargas altas de contato, mas exige têmpera e deforma mais. A nitretação é feita abaixo de cerca de 600 °C, sem têmpera, com distorção mínima e camada mais fina. A comparação completa está no artigo da nitretação.

O que é austenita retida na cementação?

É a austenita que não se transforma em martensita na têmpera, porque o excesso de carbono e de liga na superfície abaixa a temperatura de início da martensita. Ela reduz a dureza e pode se transformar em serviço. Limitar o potencial de carbono a cerca de 0,8 % ajuda a evitá-la.

Cementação do aço: o que é, tipos, temperatura, profundidade de camada e controle

Q: Precisa revenir depois de cementar?

Sim. Um revenimento baixo, entre 150 e 250 °C, alivia as tensões da têmpera e reduz o risco de trinca sem derrubar a dureza da superfície. O 8620 revenido a 230 °C mantém 61 HRC na superfície (Açovisa).

Cementação é o tratamento termoquímico que enriquece de carbono a superfície de um aço de baixo carbono. A peça é aquecida no campo da austenita, em geral entre 900 e 930 °C, em contato com um meio rico em carbono, e depois é temperada e revenida. O resultado é uma superfície dura, de 58 a 62 HRC no aço 8620, sobre um núcleo que continua tenaz. A camada enriquecida vai de alguns décimos de milímetro a cerca de 2 mm e cresce com a raiz quadrada do tempo: a 925 °C, a profundidade total é de cerca de 0,63·√t mm, com t em horas (fórmula de Harris).

O artigo segue a ordem do processo: o que a cementação faz e como ela difere da têmpera, os tipos de cementação, o cálculo do tempo e da profundidade, os aços usados, a têmpera e o revenimento que vêm depois, a medição da camada, os defeitos e, no fim, exercícios resolvidos.

O que é cementação e para que serve

O dente de uma engrenagem precisa de superfície dura, que resista ao desgaste e à fadiga de contato, e de um corpo que aguente choque e flexão sem trincar. Um aço de alto carbono temperado fica duro, mas frágil; um de baixo carbono é tenaz, mas mole. A cementação resolve o conflito mudando a composição só da superfície: a peça é feita de um aço com 0,10 a 0,25 % de carbono, e o forno acrescenta carbono numa camada externa até cerca de 0,8 %.

O carbono entra por difusão. Acima da temperatura crítica o aço vira austenita, a fase cúbica de faces centradas que dissolve muito mais carbono que a ferrita, e os átomos de carbono, pequenos, migram pelos espaços entre os átomos de ferro, da superfície para o interior. Por isso a cementação precisa de temperatura alta: a faixa geral vai de 850 a 1.000 °C (MacKenzie, Gear Solutions, 2017), e o usual fica entre 900 e 930 °C.

Depois da têmpera, a camada rica em carbono vira martensita de alto carbono, muito dura, e o núcleo, que continua com cerca de 0,2 % de carbono, forma martensita de baixo carbono, bainita ou ferrita com perlita, conforme o aço e a seção. A superfície fica ainda em compressão, porque a martensita de alto carbono ocupa mais volume, o que ajuda a resistência à fadiga. As aplicações típicas são engrenagens, coroas e pinhões, eixos, pinos, buchas e cames. O nome vem de "cemento", o meio carbonáceo da cementação em caixa, e não tem relação com o cimento da construção; em inglês, carburizing.

A cementação é um dos tratamentos termoquímicos, a família que muda a composição da superfície. A visão de conjunto de todos os processos, térmicos e termoquímicos, está em tratamento térmico dos metais, e o conceito de dureza e suas escalas em dureza.

Cementação e têmpera: qual a diferença

A cementação muda a composição química da superfície: acrescenta carbono. A têmpera muda a microestrutura: transforma a austenita em martensita por resfriamento rápido. Numa peça cementada as duas acontecem em sequência. Cementada e resfriada devagar, a peça continua mole, com ferrita e perlita na superfície; só a têmpera que vem depois produz a superfície dura.

A diferença prática aparece na escolha do aço. A têmpera de um aço de médio carbono, como o 1045, endurece a peça com o mesmo teor de carbono do centro à superfície, até onde a temperabilidade deixa. A cementação parte de um aço de baixo carbono e cria o gradiente: superfície com carbono de aço de ferramenta, núcleo com carbono de aço estrutural. Quando basta dureza uniforme, a têmpera e o revenimento de um aço de médio carbono resolvem; quando a peça precisa de superfície dura e núcleo tenaz, a cementação vem antes da têmpera. O ciclo da têmpera, com a austenitização e os meios de resfriamento, está no artigo da têmpera do aço.

Tipos de cementação

Os processos se distinguem pelo meio que fornece o carbono, e isso define quanto se controla o teor de carbono da superfície, a uniformidade da camada e o que se pode fazer logo depois, como a têmpera direta.

Cementação gasosa

É o processo mais usado na indústria. A peça fica num forno com atmosfera de gás endotérmico (CO, H₂ e N₂) enriquecida com gás natural ou propano. A capacidade da atmosfera de ceder carbono se chama potencial de carbono, o teor que a superfície atingiria em equilíbrio, e é controlada por sonda de oxigênio, ponto de orvalho ou análise de CO₂. O alvo usual é cerca de 0,8 % C na superfície: acima de 0,65 % o ganho de dureza é pequeno (MacKenzie, 2017), e carbono demais traz defeitos. O controle permite ciclos em dois estágios, com potencial alto para enriquecer e mais baixo para difundir, e a têmpera direta ao sair do forno. O ponto fraco é o oxigênio residual da atmosfera, que oxida os contornos de grão logo abaixo da superfície: é a oxidação intergranular, tratada na seção de defeitos.

Cementação sólida (em caixa)

As peças são embaladas numa caixa de aço com carvão vegetal e um ativador, geralmente um carbonato, e a caixa vai fechada ao forno. O carbonato libera CO₂, que reage com o carvão e forma o CO que cede carbono ao aço. É o processo mais simples e barato, bom para peças avulsas e ferramentaria, mas o potencial de carbono não é controlado, a caixa demora a aquecer e a camada sai menos uniforme. Ainda assim, atende especificação: Fertig e Pimenta (Tecnologia em Metalurgia, Materiais e Mineração, 2021) cementaram em caixa engrenagens de módulo 2 de aço SAE 8620 a 900 °C por 2 h 19 min, com têmpera direta em óleo, e obtiveram dureza acima de 50 HRC até 0,45 a 0,50 mm, dentro dos 0,40 a 0,60 mm exigidos.

Cementação líquida (banho de sal)

A peça é mergulhada num banho de sais fundidos com cianeto de sódio, cloretos e carbonatos, que a aquece depressa e por igual. O problema é o cianeto. MacKenzie (Thermal Processing, 2021) registra que esses sais têm de 30 a 35 % de cianeto de sódio e que a decomposição do banho pode liberar gás cianídrico (HCN), por isso o banho exige exaustão mecânica forte. Ácidos não podem ser armazenados perto do sal, e as peças têm de ser bem lavadas antes de qualquer etapa com ácido, como a decapagem, porque o contato do cianeto com ácido libera HCN. O sal usado e a água de lavagem contaminada precisam ser decompostos quimicamente, em geral com hipoclorito de sódio, antes do descarte. Esse risco ambiental e de segurança vem reduzindo o uso do processo, e há banhos de cementação sem cianeto.

Cementação a vácuo (baixa pressão) e a plasma

Na cementação a baixa pressão, a peça fica numa câmara a vácuo e recebe pulsos de um hidrocarboneto, em geral acetileno, alternados com períodos de difusão. Sem oxigênio na câmara, não há oxidação intergranular nem descarbonetação, e o processo aceita temperaturas mais altas, que encurtam o ciclo. A têmpera costuma ser a gás sob pressão, com menos distorção que em óleo; o custo é o do forno, bem maior. A cementação a plasma, ou iônica, usa uma descarga elétrica em metano e hidrogênio e ocupa um nicho menor.

A tabela resume os quatro processos principais:

Processo	Fonte de carbono	Controle do carbono	Ponto de atenção
Gasosa	gás endotérmico com gás natural ou propano	bom (sonda de O₂, ponto de orvalho)	oxidação intergranular
Sólida (em caixa)	carvão vegetal com carbonato	nenhum	camada menos uniforme, ciclo lento
Líquida	banho de sais com cianeto de sódio	médio	cianeto tóxico, HCN, tratamento de efluentes
A vácuo (baixa pressão)	pulsos de acetileno	muito bom	custo do forno, fuligem se o ciclo for mal ajustado

Temperatura, tempo e profundidade: a fórmula de Harris

O tempo de forno é a variável que mais pesa no custo, e a profundidade não cresce na proporção do tempo. Esta seção mostra de onde vem essa relação, como estimar o tempo e como é o perfil de carbono que se forma.

Por que a camada cresce com a raiz do tempo

A difusão do carbono segue a segunda lei de Fick. Para uma superfície mantida com teor constante C_s numa peça de teor inicial C₀, o teor a uma profundidade x, depois de um tempo t, é:

(C_x − C₀) / (C_s − C₀) = 1 − erf[x / (2√(D·t))]

em que erf é a função erro e D é o coeficiente de difusão do carbono na austenita. A profundidade só aparece dividida por √(D·t): para chegar ao mesmo teor duas vezes mais fundo, é preciso quatro vezes o tempo. O coeficiente D cresce com a temperatura pela equação de Arrhenius, D = D₀·exp(−Q_d/RT). Para o carbono na austenita, Callister e Rethwisch (Ciência e Engenharia de Materiais, Tabela 5.2) dão D₀ = 2,3×10⁻⁵ m²/s e Q_d = 148 kJ/mol. Com esses valores, D vale 5,9×10⁻¹² m²/s a 900 °C e 1,1×10⁻¹¹ m²/s a 950 °C: 50 °C a mais quase dobram a velocidade de difusão (fator 1,86).

A fórmula de Harris

Na prática de forno, a estimativa mais usada é a de F. E. Harris (Metal Progress, 1943), que condensa a lei de Fick para superfície saturada de carbono. Na forma métrica:

p = 803·√t / 10^(3722/T), com p em mm, t em horas e T em kelvin.

O fator que multiplica √t depende só da temperatura: 0,54 mm/√h a 900 °C, 0,63 mm/√h a 925 °C e 0,73 mm/√h a 950 °C. A 925 °C, portanto, a profundidade é de cerca de 0,63·√t mm. De 900 para 950 °C o fator sobe 1,35 vezes e o tempo cai para 1/1,35² = 0,55, o mesmo ganho que Arrhenius dá para D. O gráfico abaixo traça a fórmula nas três temperaturas: a 925 °C, 1 mm leva cerca de 2,5 h, e 8 h dão 1,78 mm, próximo dos 1,9 mm que a tabela da distribuidora Açovisa registra para o aço 8620 cementado a 925 °C por 8 h.

Gráfico da profundidade total de camada cementada em função do tempo pela fórmula de Harris a 900, 925 e 950 °C: a 925 °C a camada chega a 1,0 mm em cerca de 2,5 h e a 1,78 mm em 8 h, perto dos 1,9 mm medidos no aço 8620 pela Açovisa — Fórmula de Harris: a camada cresce com a raiz do tempo; a 925 °C, 1 mm leva cerca de 2,5 h e 8 h dão cerca de 1,8 mm

Harris estima a profundidade total, até onde o carbono volta ao teor do núcleo, com superfície saturada; não considera a liga, o potencial de carbono controlado nem os ciclos em dois estágios. Serve para planejar o primeiro ciclo. A especificação da peça, a profundidade efetiva medida por dureza, é menor e se confirma no ensaio.

O perfil de carbono da camada

Aplicada ao 8620 (0,20 % C) cementado a 925 °C com a superfície a 0,80 % C, a lei de Fick prevê um carbono que cai de forma contínua da superfície ao núcleo e se aprofunda com o tempo: após 8 h, a 0,5 mm o teor ainda é de 0,48 %, e perto de 1,8 mm ele volta aos 0,20 % do núcleo, a mesma profundidade total que Harris dá para esse tempo. O gráfico abaixo mostra os perfis após 2, 4 e 8 h, calculados com o D de Callister (modelo, não medição).

Gráfico do teor de carbono em função da distância da superfície, calculado pela segunda lei de Fick para cementação a 925 °C por 2, 4 e 8 horas, com superfície a 0,80 % C e núcleo de aço 8620 a 0,20 % C; após 8 h o carbono vale 0,48 % a 0,5 mm e volta ao do núcleo perto de 1,8 mm — Perfil de carbono calculado pela 2ª lei de Fick a 925 °C (modelo, não medição): o carbono cai da superfície ao núcleo, e a camada se aprofunda com o tempo

Esse gradiente de carbono vira, depois da têmpera, um gradiente de dureza: onde há mais carbono, a martensita é mais dura. É por isso que a camada não tem uma fronteira nítida, e que a profundidade precisa de um critério declarado para ser medida.

Aços para cementação e durezas esperadas

Os aços para cementação têm de 0,10 a 0,25 % de carbono. Num aço de médio ou alto carbono o núcleo temperaria duro e frágil, e se perderia a vantagem do processo. Dentro da faixa, o que distingue os aços é a liga: níquel, cromo e molibdênio aumentam a temperabilidade, e com ela a dureza do núcleo e a da camada em peças grossas.

SAE 1020 e 1018: aços carbono, baratos, para pinos, buchas e peças pequenas. Têm baixa temperabilidade: a camada endurece em seção fina, e o núcleo continua com ferrita e perlita. No aquecimento, a austenita começa a se formar a cerca de 730 °C (Ac1) e o aço fica todo austenítico a cerca de 840 °C (Ac3), pela ficha Lucefin do C22E, equivalente ao 1020.
SAE 8620 (Ni-Cr-Mo): o aço de cementação mais comum no Brasil, em engrenagens, coroas, pinhões e eixos. Tem 0,18 a 0,23 % C.
SAE 5115 e 20MnCr5 (Mn-Cr): o 5115 equivale ao europeu 16MnCr5; os dois aços Mn-Cr são usados em engrenagens automotivas.
SAE 4320 (Ni-Cr-Mo, mais níquel): núcleo mais tenaz, para engrenagens de carga alta; Perussatto e colaboradores (ABM, 2024) estudaram o 8620 e o 4320 em engrenagens de diferencial de veículos elétricos.

A tabela reúne as durezas publicadas para o 8620, o aço com dados de fabricante mais completos. A dureza do núcleo depende da seção, porque uma barra grossa resfria mais devagar no centro:

Condição do 8620	Superfície	Núcleo	Fonte
cementado e temperado (faixa usual)	58 a 62 HRC	cerca de 30 a 45 HRC, conforme a seção	GGD Metals; Açovisa; Lucefin
925 °C por 8 h, reaquecido a 845 °C, óleo, revenido a 230 °C	61 HRC, camada de 1,9 mm	341 HB (cerca de 36 HRC)	Açovisa
barra de 10 mm, têmpera em óleo, revenido a 50 °C	64 HRC	44,5 HRC	Lucefin 20NiCrMo2-2

Têmpera e revenimento depois de cementar

A camada cementada só fica dura com a têmpera, e há três formas de fazê-la. A escolha pesa custo, distorção e o tamanho de grão, porque as horas a 900 °C ou mais fazem o grão austenítico crescer, e grão grosso deixa a martensita mais frágil.

Têmpera direta: a peça sai do forno de cementação para o óleo, em geral depois de baixar a temperatura até a de têmpera do aço. É a mais econômica e exige aço de grão fino. Foi a usada nas engrenagens de Fertig e Pimenta.
Têmpera simples com reaquecimento: a peça esfria depois de cementar e é reaquecida para temperar. O reaquecimento refina o grão. Para o 8620, a têmpera é feita de 830 a 860 °C, em óleo; o ciclo da Açovisa usa 845 °C.
Têmpera dupla: a primeira, acima da Ac3 do núcleo (cerca de 820 °C no 8620), refina o núcleo; a segunda, pouco acima da temperatura crítica da camada rica em carbono, refina a casca. Dá a melhor microestrutura, com mais custo e distorção.

Depois da têmpera vem sempre um revenimento baixo, na faixa de 150 a 250 °C, que alivia as tensões e reduz o risco de trinca sem derrubar a dureza da superfície: o 8620 revenido a 230 °C mantém 61 HRC na tabela da Açovisa. As faixas de revenimento e o que muda na martensita estão no artigo do revenimento. Quando o aço chega com grão grosso ou estrutura bruta de forjamento, uma normalização antes de usinar e cementar homogeneiza a estrutura; um recozimento pode ser usado para facilitar a usinagem.

Profundidade efetiva de camada (CHD) e controle da peça

Como a dureza cai de forma contínua, a profundidade da camada só tem sentido com um critério. A profundidade total vai até onde a dureza, ou o carbono, se iguala à do núcleo. A profundidade efetiva vai até onde a dureza cai a um valor fixado, e é ela que vai para o desenho, porque é a parte da camada que trabalha.

A norma vigente é a ISO 18203:2026 (2ª edição, janeiro de 2026), que substituiu a ISO 18203:2016; esta já havia absorvido a antiga ISO 2639, a norma de camada cementada. Pela definição da norma, a profundidade efetiva de camada cementada, a CHD (case hardening depth), é a distância perpendicular da superfície até o ponto em que a dureza vale 550 HV, medida por Vickers conforme a ISO 6507-1 ou por Knoop equivalente conforme a ISO 4545-1. Nos Estados Unidos, a SAE J423 usa outro corte, 50 HRC, que equivale a 513 HV pela ASTM E140; 550 HV correspondem a cerca de 52 HRC. Os dois critérios não são intercambiáveis, e a especificação precisa dizer qual vale e com que carga de ensaio.

A profundidade total é sempre maior que a efetiva, em geral 1,3 a 2,0 vezes, conforme a inclinação do gradiente (UTEC, Effective vs. total case depth). Por isso a fórmula de Harris, que dá a total, não entrega sozinha a CHD do desenho. A CHD especificada depende da peça: nas engrenagens de módulo 2 de Fertig e Pimenta era de 0,40 a 0,60 mm, e engrenagens maiores e mais carregadas pedem camadas mais profundas.

Na foto, o corte de uma engrenagem cementada, polido e atacado quimicamente: a faixa mais escura que acompanha o contorno dos dentes é a camada enriquecida em carbono, e o núcleo mais claro continua tenaz.

Corte de uma engrenagem de aço polido e atacado, com uma faixa mais escura acompanhando o contorno de cada dente — Corte de engrenagem cementada: a camada rica em carbono aparece como uma faixa escura no contorno dos dentes

O ataque mostra a camada, mas a CHD se mede por um perfil de microdureza Vickers numa seção transversal polida; o procedimento, com cargas, espaçamento das impressões e um perfil interpolado até os 550 HV, está no artigo do ensaio de dureza.

O controle de um lote cementado combina três verificações. A dureza de superfície e o perfil de microdureza conferem a camada. A metalografia mostra a microestrutura da camada e os defeitos descritos adiante: a amostra é cortada sem aquecer na cortadeira metalográfica, lixada e polida na politriz metalográfica e observada no microscópio metalográfico. E o ensaio de tração de um corpo de prova testemunho, do mesmo aço e do mesmo ciclo, confirma as propriedades do núcleo. A máquina universal de ensaios Biopdi da linha M2, eletromecânica, de 200 N a 1.000 kN, com células de carga classe 1 e extensômetros, faz esse ensaio, e o software BioLab calcula escoamento, resistência e alongamento no relatório.

Carbonitretação

A carbonitretação é uma variante da cementação gasosa com amônia (NH₃) na atmosfera. A superfície recebe carbono e nitrogênio, a temperatura é um pouco mais baixa e o nitrogênio aumenta a temperabilidade da camada, o que permite endurecer aços carbono com têmpera menos severa; em contrapartida, favorece a austenita retida. Borges e colaboradores (Matéria, 2021) carbonitretaram engrenagens de motocicleta de aço SAE 1015 a 880 °C por 6 h, com potencial de carbono de 1 %, têmpera em óleo e revenimento a 180 °C por 1 h, e mediram 949 HV0,1 de dureza máxima e 0,8 mm de camada, com austenita retida detectada por difração de raios X. A camada carbonitretada também se mede pela CHD de 550 HV.

Defeitos da cementação

Os defeitos nascem quase sempre do potencial de carbono, da atmosfera ou da temperatura, e aparecem no perfil de dureza e na metalografia.

Austenita retida: carbono e liga abaixam a temperatura de início da martensita (Ms). No 8620, a Ms do núcleo é de cerca de 380 °C e a da superfície cementada cai para cerca de 200 °C (ficha Lucefin). Com carbono demais, parte da austenita não se transforma na têmpera: a dureza cai e a austenita pode se transformar em serviço, mudando dimensões. Aparece como dureza mais baixa logo abaixo da superfície e se confirma por difração de raios X.
Rede de carbonetos: com potencial de carbono alto demais, a superfície passa do teor eutetoide e a cementita precipita nos contornos de grão, formando uma rede frágil que favorece trinca na retífica e em fadiga.
Oxidação intergranular: o oxigênio, o vapor de água e o CO₂ da atmosfera endotérmica oxidam elementos como cromo, manganês e silício nos contornos de grão, numa faixa fina da superfície. Essa faixa perde temperabilidade e pode não virar martensita. Não ocorre na cementação a vácuo.
Descarbonetação: perda de carbono na superfície por atmosfera oxidante ou potencial baixo durante o resfriamento. Dá dureza baixa na superfície e reduz a vida em fadiga.
Grão grosso e distorção: temperatura alta sem refino de grão fragiliza a camada, e a têmpera deforma a peça; a retífica que corrige a distorção consome parte da camada.

Uma camada com defeito pode ter a dureza certa e ainda falhar cedo: a austenita retida, a oxidação intergranular e a descarbonetação reduzem a resistência à fadiga de contato e de flexão, avaliada no ensaio de fadiga. O núcleo, por sua vez, responde pela tenacidade da peça.

Cementação ou nitretação

As duas endurecem a superfície por difusão, mas em regimes opostos. A cementação trabalha na austenita, em torno de 900 °C, exige têmpera depois e forma camadas de décimos de milímetro a cerca de 2 mm, próprias para cargas altas de contato, como em engrenagens. A nitretação trabalha na ferrita, na gasosa entre cerca de 495 e 565 °C, não precisa de têmpera e deforma muito menos, mas a camada é mais fina, com zona de difusão de cerca de 0,1 a 0,6 mm. A comparação completa entre os dois processos está no artigo da nitretação.

Exercícios resolvidos

Os exercícios usam a fórmula de Harris, a lei de Fick e a relação entre profundidade total e efetiva vistas acima.

Exercício 1: tempo para 1 mm de camada total

Uma engrenagem de 8620 precisa de 1,0 mm de camada total. Quanto tempo de cementação gasosa a 900, 925 e 950 °C?

Pela fórmula de Harris, t = (p / f)², com f = 803 / 10^(3722/T).
900 °C = 1.173,15 K: 3722 / 1.173,15 = 3,173; 10^3,173 = 1.488; f = 803 / 1.488 = 0,540 mm/√h; t = (1 / 0,540)² = 3,4 h.
925 °C = 1.198,15 K: f = 0,628 mm/√h; t = (1 / 0,628)² = 2,5 h.
950 °C = 1.223,15 K: f = 0,727 mm/√h; t = (1 / 0,727)² = 1,9 h.

Exercício 2: dobrar a camada

A 925 °C, quanto tempo levam 0,5 mm e 1,0 mm de camada total?

0,5 mm: t = (0,5 / 0,628)² = 0,63 h.
1,0 mm: t = (1,0 / 0,628)² = 2,5 h.
A camada dobrou e o tempo quadruplicou: t₂ = t₁·(p₂/p₁)² = 0,63 × 4 = 2,5 h.

Exercício 3: do CHD do desenho ao tempo de forno

O desenho de um pinhão de 8620 pede CHD de 0,8 mm a 550 HV. Que tempo planejar a 925 °C?

A profundidade total fica entre 1,3 e 2,0 vezes a efetiva: 0,8 × 1,3 = 1,04 mm e 0,8 × 2,0 = 1,60 mm.
Por Harris: (1,04 / 0,628)² = 2,7 h e (1,60 / 0,628)² = 6,5 h.
A faixa é larga porque a razão depende do gradiente. O ciclo se fixa num lote piloto: cementa-se, tempera-se, mede-se o perfil de microdureza e corrige-se o tempo pela regra da raiz. Se o pinhão for retificado, soma-se o sobremetal.

Exercício 4: teor de carbono a 0,5 mm pela lei de Fick

Um 8620 (C₀ = 0,20 %) é cementado a 925 °C por 8 h com a superfície a 0,80 % C. Qual o teor de carbono a 0,5 mm?

D = 2,3×10⁻⁵ × exp[−148.000 / (8,314 × 1.198,15)] = 2,3×10⁻⁵ × exp(−14,86) = 8,1×10⁻¹² m²/s.
t = 8 × 3.600 = 28.800 s; D·t = 2,34×10⁻⁷ m²; √(D·t) = 4,83×10⁻⁴ m; 2√(D·t) = 0,967 mm.
x / (2√(D·t)) = 0,5 / 0,967 = 0,517; erf(0,517) = 0,535.
C_x = 0,20 + (0,80 − 0,20) × (1 − 0,535) = 0,20 + 0,60 × 0,465 = 0,48 % C, o ponto marcado no gráfico do perfil de carbono.

Normas da cementação

Não há norma que fixe temperatura e tempo de cementação: eles vêm da ficha do aço e da especificação da peça. As normas tratam da medição da camada e dos ensaios de dureza que a sustentam. A tabela reúne as citadas neste artigo:

Norma	O que trata	Edição
ISO 18203	espessura de camadas endurecidas (CHD a 550 HV, têmpera superficial, nitretação); substituiu a ISO 2639	2026
ISO 6507-1	dureza Vickers, método de ensaio	2023
ISO 4545-1	dureza Knoop, método de ensaio	2023
ASTM E384	dureza por microindentação (Vickers e Knoop)	E384-22
ASTM E140	tabelas de conversão de dureza (HV e HRC)	E140-12B(2019)e1
ISO 18265	conversão de valores de dureza	2013
SAE J423	métodos de medição da profundidade de camada (corte de 50 HRC)	não indicada