Análise estrutural e evolução térmica do aço austenítico-ferrítico astm 2507 submetido à implantação iônica de nitrogênio

• Autor(a) principal: Ditzel, Dair Gabriel
• Data de Publicação: 2020
• Tipo de documento: Dissertação
• Idioma: por
• Título da fonte: Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UEPG
• Texto Completo: http://tede2.uepg.br/jspui/handle/prefix/3194
• topic: CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::FISICA; liga Fe-Cr-Ni; austenita expandida; estabilidade de fases; estabilidade de fases; PIII; nanoindentação; WDS; EBSD; Fe-Cr-Ni alloy; expanded austenite; phase stability; PIII; PIII; nanoindentation; WDS; EBSD

A microestrutura dos aços inoxidáveis super duplex é caracterizada por grãos que apresentam apenas a fase austenítica  (CFC) ou ferrítica  (CCC). Como consequência, o tratamento de superfície desses materiais por métodos assistidos por plasma produzirá modificações diferenciadas em cada fase. Na austenita, a alteração dominante é a fase S (N), no entanto não há consenso sobre a ferrita, que pode se converter até mesmo em N. Esta fase é metaestável e decai sob altas temperaturas, o que compromete o desempenho da camada protetora. Nitretou-se o ASTM 2507 por implantação iônica por imersão em plasma em diferentes temperaturas (300-400 ºC), tempos (2-8 h) fluências de íons () e densidade de energia (Epulso), mantendo-se a tensão em 10 kV. As amostras foram então submetidas a tratamentos térmicos até 470 ºC em atmosfera inerte com acompanhamento in situ da estrutura por difração de raios X, utilizando-se radiação sincrotron. Estes experimentos permitiram compreender a estabilidade das fases nas camadas modificadas sobre o material austenítico-ferrítico e também elucidar sua composição original, como segue. A fase S foi predominante em ambas as estruturas  e , em todas as superfícies modificadas. Elevando-se as condições de nitretação, formou-se também -Fe2-3N, `-Fe4N, CrN e Cr2N. A precipitação dessas fases pode ter ocorrido preferencialmente em grãos  devido à sua menor solubilidade de nitrogênio e maior concentração de cromo. Pelas mesmas razões, as camadas na ferrita foram até 59% mais finas que na austenita. Os maiores valores de dureza (12 GPa) foram obtidos na presença de precipitados. A modificação em 300 ºC – 4 h, produzida sob as menores condições de  e Epulso, apresentou camadas equivalentes nos dois tipos de grãos com ~0,8 μm de espessura, contendo apenas N, 9 % em peso de teor de nitrogênio e dureza de 7 GPa. Sob recozimento, a fase S decaiu parcial e rapidamente por difusão a partir de 400 ºC, originando N com menor concentração de nitrogênio e  com pequenas quantidades de soluto intersticial. Os limites da camada se estenderam mais na  que na , variando em até três vezes. Houve também difusão intergranular de nitrogênio com sentido preferencial . Observou-se a dependência do processo de decaimento com a concentração de nitrogênio existente na camada: ocorreu depleção do cromo e formação de nitretos de ferro nas superfícies produzidas com maiores valores de  e Epulso (350 ºC – 8 h e 400 ºC – 4 h). Tal precipitação não ocorreu na 300 ºC – 4 h. Nessa superfície, o coeficiente de dilatação térmica da fase S foi 2,2x10-5 K-1, 20% maior que na austenita.