Qual é a profundidade de penetração correta de um tratamento térmico de superfície?

De um modo geral, durante um tratamento térmico de superfície, a profundidade de penetração do tratamento nas camadas superficiais dos metais situa-se entre 0,3 e 1 milímetro. 
Mesmo que seja possível ir além destes valores com determinados tipos de tratamentos de superfície, a profundidade de penetração permanecerá limitada à camada superficial.
De facto, as características da peça final (dureza, resistência ao desgaste, à corrosão, à fricção, etc.) não dependem apenas da profundidade de penetração, mas também da sua uniformidade (distribuição homogénea em todas as superfícies da peça). Isto pode variar em função do tratamento termoquímico escolhido. 

A escolha do tratamento é efetuada com base em vários parâmetros, incluindo:

•  o tipo de material a ser tratado (tipo de liga metálica, teor de carbono do aço, presença de outros elementos de liga); 
• a dureza necessária; 
• a uniformidade e a profundidade de penetração do tratamento (em geral, a nitruração dá camadas mais duras, mas menos profundas do que a cementação); 
• o tempo de permanência a temperatura (a cementação é mais rápida do que a nitruração);
• a forma e o tamanho das peças.

Tratamentos termoquímicos: cementação atmosférica 

A cementação é um processo que visa enriquecer uma liga ferrosa (aço) com carbono, aquecendo-a a alta temperatura (900°C), numa atmosfera rica em carbono que é normalmente gerada através do craqueamento de um hidrocarboneto (por exemplo, metanol) no forno. Os átomos de carbono são então transferidos para as peças e difundem-se através da camada superficial do metal. O tratamento é seguido de uma têmpera. Uma vez concluído este trabalho, o metal é mais duro na superfície do que no núcleo. A profundidade de penetração situa-se geralmente entre 0,5 e 1 milímetro. 

Tratamentos termoquímicos: nitruração 

A nitruração é um processo lento (entre várias horas e um dia inteiro) que visa aumentar substancialmente a dureza superficial de um aço, aquecendo-o no forno a uma temperatura intermédia (ligeiramente acima dos 500 °C), numa atmosfera rica em átomos de azoto (N) através da decomposição do amoníaco (NH3). Estas condições favorecem a difusão de átomos de azoto nas camadas superficiais do metal onde reagem com átomos de ferro para criar nitretos. A peça metálica passa por um endurecimento uniforme da superfície com uma profundidade de penetração situada entre 0,3 e 0,5 mm e, portanto, tem uma resistência muito elevada à corrosão.
É de notar que, após um tratamento de nitruração, não é necessário a têmpera.
Em comparação com a cementação, a nitruração é um processo muito mais lento, o que significa que a camada nitrurada tem menor resistência às tensões mecânicas e menor tolerância às deformações plásticas.

Tratamentos termoquímicos: mistos N+C 

Estes tratamentos são soluções mistas que combinam os dois tipos de tratamentos termoquímicos acima descritos para obter peças com melhores propriedades mecânicas e químicas e proteção contra a corrosão.

A nitrocarburação é uma alteração do processo de nitruração (isto é, a temperatura mais baixa) através da introdução de dois elementos reativos N e C de CO₂ ou CH₄/C₃H₈, uma vez que a temperatura do processo de ~500 °C não é suficiente para decompor o metanol. 
O endurecimento superficial é ligeiramente inferior ao da nitruração, mas é mais rápido e pode ser aplicado a aços de menor liga e, portanto, mais baratos. 

A carbonitruração é uma alteração do processo de cementação através da adição de amoníaco como elemento reativo para obter elementos N (azoto atómico). Este tratamento resulta numa maior dureza da superfície do aço e da resistência ao desgaste.