Evolução microestrutural da camada nitretada a baixa temperatura no aço AISI 420 : exposição a temperaturas similares à temperatura de nitretação

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Zanella, Igor Giacomelli
Data de Publicação: 2023
Tipo de documento: Tese
Idioma: por
Título da fonte: Repositório Institucional da UFPR
Texto Completo: https://hdl.handle.net/1884/85217
Resumo: Orientador: Prof. Dr. Rodrigo Perito Cardoso
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spelling Brunatto, Silvio Francisco, 1967-Universidade Federal do Paraná. Setor de Tecnologia. Programa de Pós-Graduação em Engenharia MecânicaCardoso, Rodrigo Perito, 1978-Zanella, Igor Giacomelli2023-11-24T21:47:40Z2023-11-24T21:47:40Z2023https://hdl.handle.net/1884/85217Orientador: Prof. Dr. Rodrigo Perito CardosoCoorientador: Prof. Dr. Silvio Francisco BrunattoTese (doutorado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Tecnologia, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica. Defesa : Curitiba, 18/04/2023Inclui referênciasÁrea de concentração: ManufaturaResumo: Os tratamentos termoquímicos assistidos por plasma, como a nitretação, cementação e nitrocementação, são realizados para modificar as propriedades da superfície de materiais, como resistência à corrosão e ao desgaste, através da alteração da composição e microestrutural na superfície do material. Aplicada geralmente em aços inoxidáveis, a nitretação por plasma a baixa temperatura tem como finalidade, além de alterar as propriedades mecânicas, manter o cromo (Cr) em solução sólida na matriz do aço. Neste trabalho foi estudado um aço inoxidável de matriz martensítica, o aço AISI 420. Há pouco conhecimento, principalmente nesta classe específica de aços inoxidáveis, sobre a estabilidades das fases formadas na nitretação à baixa temperatura, na maioria metaestáveis, e suas transformações quando submetidas ao aquecimento, informação relevante para entender os limites de aplicação de componentes submetidos a tais tratamentos. Nesta pesquisa, o aço AISI 420, na condição temperado, foi nitretadas em três temperaturas diferentes (300, 350 e 400 °C), por 12 horas. Após a nitretação, foi realizado um tratamento térmico de envelhecimento por aquecimento resistivo (sem plasma), sobre atmosfera controlada de H2, na mesma temperatura de nitretação, porém variando-se o tempo em 1, 4 e 16 horas. Foram ainda realizados tratamentos térmicos de envelhecimento com diferentes temperaturas (300, 350, 400, 450, 500 °C), com tempo fixo em 1 hora em cada temperatura. As amostras tratadas foram caracterizadas pelas técnicas de difração de raios X, microscopia eletrônica de varredura (MEV) e análise de microdureza. Por fim a avaliação da evolução das fases presentes nas camadas nitretadas foi realizada, em um sistema de DRX com aquecimento realizando uma dada rampa de aquecimento e em função do tempo para uma temperatura de 430 °C. Os resultados mostraram que houve variação da dureza na superfície do material após o envelhecimento. As análises de DRX mostram transformações estruturais da camada nitretada em função da temperatura e do tempo de envelhecimento, com consequente alteração de dureza. Tais alterações ocorrem de forma mais acentuada para as amostras nitretadas a mais baixa temperatura. As transformações se mostram pouco significativas para tratamentos de envelhecimento a temperaturas inferiores à temperatura que a amostra foi nitretadas. Para temperaturas suficientemente elevadas toda martensita expandida se decompões. De forma genérica a decomposição passa por uma etapa de redução do teor de nitrogênio na martensita expandida e formação de nitretos de ferro.Abstract: Plasma-assisted thermochemical treatments, such as nitriding, carburizing, and nitrocarburizing, are performed to modify surface properties of materials, such as corrosion and wear resistance, by altering the composition and microstructure on the material surface. Generally applied to stainless steels, low temperature plasma nitriding aims, in addition to altering the mechanical properties, to maintain chromium (Cr) in solid solution in the steel matrix. In this work, a stainless steel with a martensitic matrix, AISI 420 steel, was studied. There is little knowledge, mainly in this specific class of stainless steels, about the stability of the phases formed in nitriding at low temperatures, mostly metastable, and their transformations when subjected to heating, relevant information to understand the application limits of components subjected to such treatments. In this research, AISI 420 steel, in tempered condition, was nitrided at three different temperatures (300, 350 and 400 °C) for 12 hours. After nitriding, an aging thermal treatment was carried out by resistive heating (without plasma), under a controlled H2 atmosphere, at the same nitriding temperature, but varying the time by 1, 4 and 16 hours. Thermal aging treatments with different temperatures (300, 350, 400, 450, 500 °C) were also carried out, with a fixed time of 1 hour at each temperature. The treated samples were characterized by X-ray diffraction, scanning electron microscopy (SEM) and microhardness analysis techniques. Finally, the evaluation of the evolution of the phases present in the nitrided layers was carried out, in a DRX system with heating, performing a given heating ramp and as a function of time for a temperature of 430 °C. The results showed that there was a variation in hardness on the material surface after aging. XRD analyzes showed structural transformations of the nitrided layer as a function of temperature and aging time, with a consequent change in hardness. Such alterations occur in a more accentuated way for the nitrided samples at the lowest temperature. The transformations are not significant for aging treatments at temperatures below the temperature at which the sample was nitrided. At sufficiently high temperatures all expanded martensite decomposes. In general, the decomposition goes through a step of reducing the nitrogen content in the expanded martensite and forming iron nitrides.1 recurso online : PDF.application/pdfNitruraçãoAço - IndústriaAnalise termicaEngenharia MecânicaEvolução microestrutural da camada nitretada a baixa temperatura no aço AISI 420 : exposição a temperaturas similares à temperatura de nitretaçãoinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisporreponame:Repositório Institucional da UFPRinstname:Universidade Federal do Paraná (UFPR)instacron:UFPRinfo:eu-repo/semantics/openAccessORIGINALR - T - IGOR GIACOMELLI ZANELLA.pdfapplication/pdf8528621https://acervodigital.ufpr.br/bitstream/1884/85217/1/R%20-%20T%20-%20IGOR%20GIACOMELLI%20ZANELLA.pdf1f73daa83e1ea580a919e277d17837f0MD51open access1884/852172023-11-24 18:47:40.877open accessoai:acervodigital.ufpr.br:1884/85217Repositório de PublicaçõesPUBhttp://acervodigital.ufpr.br/oai/requestopendoar:3082023-11-24T21:47:40Repositório Institucional da UFPR - Universidade Federal do Paraná (UFPR)false
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