Influência da potência de plasma nas características da superfície do aço inoxidável martensítico AISI 420 nitretado a baixa temperatura

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Zanella, Igor Giacomelli, 1990-
Data de Publicação: 2018
Tipo de documento: Dissertação
Idioma: por
Título da fonte: Repositório Institucional da UFPR
Texto Completo: https://hdl.handle.net/1884/69746
Resumo: Orientador: Prof. Dr. Rodrigo Perito Cardoso
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spelling Zanella, Igor Giacomelli, 1990-Brunatto, Silvio Francisco, 1967-Universidade Federal do Paraná. Setor de Tecnologia. Programa de Pós-Graduação em Engenharia MecânicaCardoso, Rodrigo Perito, 1978-2022-03-22T17:55:13Z2022-03-22T17:55:13Z2018https://hdl.handle.net/1884/69746Orientador: Prof. Dr. Rodrigo Perito CardosoCoorientador: Prof. Dr. Silvio Francisco BrunattoDissertação (mestrado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Tecnologia, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica. Defesa : Curitiba, 08/02/2018Inclui referências: p. 83-86Resumo: Com a crescente preocupação com impactos ambientais e com a evolução da tecnologia, nas últimas décadas, os tratamentos termoquímicos assistidos por plasma estão sendo cada vez mais aplicados industrialmente para modificar superfícies e melhorar o comportamento tribológico dos materiais. Nesse contexto, se destacam os tratamentos de nitretação e cementação a baixa temperatura em aços inoxidáveis, através dos quais é possível aumentar significativamente a dureza da superfície tratada sem reduzir a resistência à corrosão destes aços. Estes tratamentos têm como princípio fundamental a difusão do nitrogênio ou carbono no material tratado, sem permitir a precipitação de nitretos/carbonetos de cromo. Encontram-se na literatura estudos onde aplicação dessas técnicas no aço inoxidável martensítico AISI 420 apresentou resultados promissores, mostrando aumento da dureza e da resistência ao desgaste da superfície tratada sem redução da resistência à corrosão da mesma. Entretanto, esses estudos utilizaram somente o plasma para aquecimento das amostras, sendo assim a potência de plasma e a temperatura de tratamento variáveis dependentes. Nesse cenário, o presente trabalho tem como objetivo analisar o efeito da potência média de plasma na cinética de nitretação do material e nas seguintes características da superfície tratada: fases formadas, dureza e rugosidade. Para atingir este objetivo, foi desenvolvido um sistema de aquecimento auxiliar para proporcionar o controle independente da temperatura de tratamento e da potência fornecida ao plasma. Este sistema foi usado para estudar a influência da potência de plasma no tratamento de nitretação a baixa temperatura do aço inoxidável martensítico AISI 420. O processo de nitretação foi realizado em três temperaturas diferentes, variando a potência média fornecida ao plasma (variação do tempo de pulso ligado - tON), para amostras do aço AISI 420 submetidos a três condições de tratamento térmico (recozido, temperado e revenido e somente temperado). As amostras foram nitretadas nas temperaturas de 300, 350 e 400°C por 8 h, utilizando tensão de pico de 700 V, uma mistura gasosa composta de 70 %N2 + 20 %H2 + 10 %Ar e pressão de 3 Torr. Esses tratamentos foram realizados utilizando somente o plasma como fonte de aquecimento e posteriormente foram repetidos reduzindo-se o tON de 10 em 10 µs, até o mínimo da fonte (10 µs). Após o tratamento as amostras tratadas foram caracterizadas pelas técnicas de difração de raios X, microscopia ótica, microscopia confocal e medidas de dureza. Os resultados mostraram que para tON mínimo houve expansão da fase ferrita sem haver a formação de nitretos na superfície do material no estado recozido. Observou-se que a potência média aplicada ao plasma tem influencias significativa na formação das fases, na dureza e na espessura da camada tratada. Para maiores potências de plasma foram obtidas camadas tratadas mais espessas, com maior dureza e apresentando fases mais ricas em nitrogênio. Outrossim, foi possível mostrar que o tratamento provoca aumento da rugosidade da superfície tratada, o aumento de rugosidade tende a ser maior para as maiores temperaturas e maiores potências de plasma. Palavras-chave: Nitretação a baixa temperatura. Aquecimento auxiliar. Plasma DC. Aço inoxidável martensítico.Abstract: The growing concern regarding environmental impacts as well as the technological evolution in last decades have made plasma thermochemical treatments to be increasingly employed in order to modify surfaces and improve material's tribological behavior. In this context, low-temperature plasma nitriding and carburizing treatments, applied in stainless steels, have been highlighted, since they can produce a surface layer with significantly increased hardeness without reducing the steel's corrosion resistance. The low-temperature thermochemical treatments have as basic principle the cabon/nitrogen atoms (intersticial elements) diffusion into the surface of the material without occurance of significant diffusion of the alloy substitucional element, which would result in chromium nitrides/carbides precitation and, in this way, avoiding reduction of cromium content in solid solution. Studies presenting promising results obtained by the application of these techniques on the AISI 420 martensitic stainless steel (MMS) can be found in specialized literature. Results demonstrated a significant hardness increase without deterioration of the AISI 420 MSS corrosion resistance. However, in these studies, just plasma was applied for heating the samples, which makes the plasma duty clycle and treatment temperature dependent variables. Considering this background, the present work intends to analyze both the efect of plasma duty cycle and treament temperature in the nitriding kinetics of the AISI 420 MSS and in the treated surface characteristics: formed phases, hardness and roughness. To achieve this objective, an auxiliary heating system was developed for anabling the independent control of treatment temperature and plasma duty cycle during the low-temperature plasma nitriding of the AISI 420 MSS. Nitriding treatments were performed in three diferent temperatures, varying the plasma duty cycle (variation of plasma-on time - tON), for samples subjected to three diferente heat treatment conditions (annealing, just quenching, and quenching and tempering). The samples were nitrided at 300, 350 and 400°C for 8 h. The applied peak voltage was 700 V, the gas mixture was composed of 70 %N2 + 20 %H2 + 10 %Ar and pressure was set at 3 Torr. The treatments were firstly performed having only plasma as heating source and after they were conducted varying the tON of -10 µs each new treatment, untill the minimum tON (10 µs) of the power source was reached. After the treatment, samples were characterized by X-ray diffractometry, optical microscopy, confocal microscopy, as well as by microhardenss measurements. Results demosntrated that with the minimum tON there was expansion of ferrite phase without nitrides formation on the surface of the annealed sample. Furthermore, it was observed that the average duty cycle has significant influence on the treated layer phases composition, hardeness and thickness. For higher duty cycles, treated surface presenting thickner treates layers with higher hardness and presenting phases containing more nitrogen were observed. In addition, it was possible to demonstrate that the treatment increase the surface roughness and that the increase tends to be higher for higher temperatures and higher plasma duty cycles. Keywords: Low-temperature nitriding. Auxiliary heating system. DC Plasma. Martensitic stainless steel.97 p. : il. (algumas color.).application/pdfAço inoxidávelEngenharia MecânicaInfluência da potência de plasma nas características da superfície do aço inoxidável martensítico AISI 420 nitretado a baixa temperaturainfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisporreponame:Repositório Institucional da UFPRinstname:Universidade Federal do Paraná (UFPR)instacron:UFPRinfo:eu-repo/semantics/openAccessORIGINALR - D - IGOR GIACOMELLI ZANELLA.pdfapplication/pdf5221996https://acervodigital.ufpr.br/bitstream/1884/69746/1/R%20-%20D%20-%20IGOR%20GIACOMELLI%20ZANELLA.pdf6d60a1aa02c9ee16a881173050d20ec2MD51open access1884/697462022-03-22 14:55:13.835open accessoai:acervodigital.ufpr.br:1884/69746Repositório de PublicaçõesPUBhttp://acervodigital.ufpr.br/oai/requestopendoar:3082022-03-22T17:55:13Repositório Institucional da UFPR - Universidade Federal do Paraná (UFPR)false
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