Efeito da nitretação a plasma e deposição de recobrimento de nitreto de cromo na transição de regimes de desgaste por deslizamento de aços ultrabaixo carbono estabilizados ao titânio

• Autor(a) principal: Alexandre de Azevedo Caixeta
• Data de Publicação: 2017
• Tipo de documento: Tese
• Idioma: por
• Título da fonte: Repositório Institucional da UFMG
• Texto Completo: http://hdl.handle.net/1843/41894
• topic: Desgaste por deslizamento; Teste de desgaste esfera sobre disco; Aço UBC; Nitretação a plasma; Revestimento Cr-N; Engenharia metalúrgica; Metalurgia física; Desgaste mecânico; Nitruração

Neste trabalho foram estudadas as propriedades tribológicas de aços Ultrabaixo Carbono (UBC) em três sistemas: o substrato - aço UBC estabilizado ao Titânio; o sistema aço UBC modificado superficialmente por processo de nitretação a plasma em configuração triodo (temperatura de 500ºC por 6 horas); e o sistema duplex sequencial (aço UBC nitretado a plasma em configuração triodo na temperatura de 500ºC por 6 horas, seguido de revestimento de filme de nitreto de cromo por processo de deposição a uma temperatura na faixa de 380 a 420ºC e tempo de deposição de 6 horas e 30 minutos). Os sistemas estudados foram caracterizados por difração de raios X, microscopia eletrônica de varredura, espectroscopia de raios X, ultramicrodureza e perfilometria 2 e 3D. Os sistemas foram submetidos aos testes de desgaste por deslizamento a seco na configuração esfera sobre disco. Foram utilizadas 3 cargas normais (5, 15 e 30N) e distância de deslizamento de 1600 e 5800m, sendo realizados testes parciais com 50 e 200m. O raio da trilha utilizado para o teste de desgaste foi de 7mm, com 380rpm, que correspondeu a uma velocidade tangencial de 0,278m/s. Constatou-se que o processo de modificação superficial a plasma alterou a estrutura superficial do aço UBC introduzindo uma primeira camada de compostos (ε-Fe2–3N e γ′-Fe4N fases), seguida de uma zona de nitretos precipitados na forma de agulhas grandes (γ′-Fe4N e CCC α-Fe fases), e por uma zona de precipitados de α″-Fe16N2 na forma de agulhas muito pequenas na matriz ferrítica. O processo de deposição do filme de nitreto de cromo, além de criar uma camada de 7,75μm de espessura, alterou a difusão do nitrogênio de modo que a espessura da camada de compostos se apresentou com espessura irregular além de ser observado um refino nos nitretos precipitados nas formas de agulhas grandes e pequenas. A transição de regime de desgaste com a distância de deslizamento (profundidade de nitretação) foi descrita em função da mudança microestrutural com a profundidade de concentração de nitrogênio: um “1º Período de Regime de Desgaste” foi associado ao desgaste da camada superior da Camada de Compostos onde prevalece a fase ε-Fe2-3N, rica em nitrogênio. Um “2º Período de Regime de Desgaste” foi associado ao desgaste da camada inferior da Camada de Compostos constituída das fases ε-Fe2-3N + γ‟-Fe4N. E um “3º Período de Regime de Desgaste” foi associado ao desgaste da Camada superior de Difusão onde se tem as fases γ‟-Fe4N e -Fe expandida por nitrogênio. As mudanças estruturais em função da mudança de nitrogênio com a profundidade foram assim associadas a transições de mecanismos de desgaste ao longo do desgaste por deslizamento. Os testes de ultramicrodureza realizados na seção transversal dos materiais, nos três sistemas estudados, indicaram que o processo de nitretação a plasma aumentou em até duas vezes a dureza do aço UBC, a uma profundidade de até 650μm, enquanto que o revestimento de nitreto de cromo elevou a dureza superficial em até 3,4 vezes e criou um patamar de dureza, acima de 3,0GPa, até uma profundidade de a 775μm. Os resultados dos testes de desgaste por deslizamento indicaram que o aço UBC nitretado a plasma tiveram um melhor desempenho em relação ao desgaste com carga normal de 30N, reduzindo em 53,2% a profundidade da trilha no teste de desgaste de 1600m e em 11,0% no teste de 5800m, estando esta diferença associada ao término da camada de compostos na superfície de desgaste por volta de 1000m de deslizamento. Já o aço UBC nitretado + revestimento de nitreto de cromo apresentou uma redução da profundidade da trilha de desgaste de 92,5% e 93,4% nos testes de desgaste realizados com distâncias de deslizamento de 1600 e 5800m respectivamente. Os resultados indicaram um desempenho superior de resistência ao desgaste por deslizamento do sistema duplex em relação ao aço UBC somente nitretado a plasma e ao aço UBC não modificado superficialmente.