Characteristics of martensitic stainless steel nitrided in a low-pressure RF plasma

Kim, S.K; Yoo, Jae-Sung; Priest, J.M; Fewell, M.P.

doi:10.1016/s0257-8972(02)00631-x

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“…As elevadas durezas obtidas neste processo se devem ao surgimento de uma fase denominada martensita expandida [10], assim denominada em comparação com a austenita expandida.…”

Section: Introductionunclassified

Nitretação iônica em gaiola catódica do aço inoxidável martensítico AISI 420

Sousa¹,

Araújo

Ribeiro

et al. 2008

Matéria (Rio J.)

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RESUMOAmostras cilíndricas de aço inoxidável martensítico AISI 420 foram nitretadas ionicamente usando blindagens elétricas. Elas foram nitretadas nas temperaturas de 623, 673 e 773 K, durante 5 horas. Nessa técnica as amostras são colocadas num potencial flutuante, dentro de uma gaiola que blinda o potencial catódico. Um estudo sistemático foi realizado para avaliar a eficiência desta técnica sobre a eliminação do efeito de borda, quando comparado com a nitretação iônica convencional. As amostras nitretadas por essa nova técnica apresentaram taxa de nitretação, fases cristalinas e durezas, semelhantes àquelas nitretadas convencionalmente. Porém, foi possível eliminar completamente os anéis de erosão, comumente existentes nas amostras tratadas convencionalmente, os quais surgem devido a efeitos de bordas.Palavras chaves: Gaiola catódica aço inoxidável AISI 420, efeito de borda. Martensitic stainless steel AISI 420 nitrided by cathodic cage techniqueABSTRACT AISI 420 stainless steel samples have been nitrided by cathodic cage technique with addition of methane to reduce chromium nitride precipitation, increase hardness and wear resistance without presence of characteristic defects inherent to the ionic nitriding. Microhardness profile and X-ray analysis confirm formation of layer with high hardness constituted for two regions: one internal region composed for carbon and another composed for nitrogen.Keywords: Cathodic Cage, stainless steel AISI 420, edge effect. INTRODUÇÃOOs aços inoxidáveis são de grande uso na engenharia devido a sua alta resistência à corrosão, apresentando, no entanto, baixa resistência ao desgaste e reduzida dureza. Estas duas últimas propriedades são significativamente melhoradas através da nitretação iônica [1][2][3]. Como é conhecido, a nitretação do aço inoxidável austenítico a temperaturas superiores a 723 K produz elevadas resistência ao desgaste e dureza, mas a resistência à corrosão diminui sensivelmente devido a precipitação do nitreto de cromo e conseqüente redução do teor de cromo na matriz. Já quando a nitretação é realizada a temperaturas inferiores a 723 K é produzida uma fase supersaturada de nitrogênio na austenita denominada austenita expandida, ou fase S, de elevadas dureza e resistência ao desgaste associadas a uma excelente resistência à corrosão [4,5].Embora exista um grande número de trabalhos publicados sobre a nitretação do aço inoxidável austenítico, pouco tem sido divulgado sobre a nitretação do aço inoxidável martensítico [6].Nesse trabalho tem-se como objetivo demonstrar a eficiência de um novo dispositivo desenvolvido no LabPlasma/UFRN [7], na nitretação iônica do aço inoxidável martensítico 420, possibilitando a obtenção de uma camada superficial espessa, de elevada dureza e sem o efeito de bordas [8,9]. As elevadas durezas obtidas neste processo se devem ao surgimento de uma fase denominada martensita expandida [10], assim denominada em comparação com a austenita expandida.

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“…As elevadas durezas obtidas neste processo se devem ao surgimento de uma fase denominada martensita expandida [10], assim denominada em comparação com a austenita expandida.…”

Section: Introductionunclassified

Nitretação iônica em gaiola catódica do aço inoxidável martensítico AISI 420

Sousa¹,

Araújo

Ribeiro

et al. 2008

Matéria (Rio J.)

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“…The high hardness obtained in that process is due to the appearance of a phase called expanded martensite [9][10][11]. This nomination is made in comparison with expanded austenite.…”

Section: Introductionmentioning

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Nitriding using cathodic cage technique of martensitic stainless steel AISI 420 with addition of CH4

Sousa¹,

Araújo

Costa

et al. 2008

Matéria (Rio J.)

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AISI 420 martensitic stainless steel samples were nitrided by cathodic cage technique with addition of methane in the atmosphere aiming to reduce chromium nitride precipitation, to increase hardness and wear resistance without the presence of characteristic defects inherent to the ionic nitriding process. Microhardness measurements and X-ray analysis confirm the formation of a high hardness double-layer constituted by two regions: one internal region composed of carbon and another composed of nitrogen.

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“…Os mecanismos de transferência de nitrogênio propostos no modelo de arrancamento e recondensação de Kölbel também são válidos na nitretação a plasma com tela ativa, somente que o processo de arrancamento (sputtering) dos átomos de ferro necessários para a formação dos nitretos de ferro acontece na tela ativa e não sobre as peças a serem nitretadas. (SAEED et al, 2013;DONG, 2002 KIM et al, 2003).…”

Section: Nitretação a Plasma Com Tela Ativaunclassified

“…A Figura 3.16 mostra uma imagem da austenita expandida e o difratograma de raios X apresentado por Ichii et al (1986). A martensita expandida αN foi reportada por Kim et al (2003) Em que a é o parâmetro de rede da austenita expandida (Å), a 0 é o parâmetro de rede da austenita (Å), α é a constante de Vegard (0,0078 Å/% at.…”

Section: Nitretação a Plasma Com Tela Ativaunclassified

“…Figura 3.17 -Seção transversal da camada nitretada e difratograma de raios X do aço AISI 420 nitretado a plasma de radio frequência apresentado pela primeira vez por Kim et al (2003) Figura 3.42 -Mecanismos de desgaste erosivo ocasionados por um único ou múltiplos impactos de partícula, a) microcorte e microsulcamento, b) microtrincamento, c) lábios produzidos por extrusão de material nos contornos das cratera pelo impacto de partículas, d) trincamento por fadiga na superfície ou subsuperfície devido a multiplos impactos, e) formação de placas finas devido à extrusão e ao forjamento causado por multiplos impactos e f) formação de placas devido ao processo de extrusão .. (FEWELL et al, 2000).…”

Section: Introductionunclassified

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Comportamento em desgaste por erosão cavitação, erosão - corrosão e em ensaios de microesclerometria linear instrumentada de um aço inoxidável martensítico AISI 410 nitretado a plasma em baixa temperatura, utilizando a tecnologia de tela ativa.

Sanjuán¹,

Armando²

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AGRADECIMENTOSAo bondoso Deus.Ao Professor André Paulo Tschiptschin pela orientação, dedicação, paciência, e apoio constante durante a elaboração deste trabalho e pelos inestimáveis aportes feitos na minha pessoa.A meu amor e parceira da vida Arlet Patricia pela paciência durante todos estes anos.À minha família e amigos pelo carinho e confiança.À Professora Neusa Alonso Falleiros pelos valiosos aportes durante todo o processo de aprendizado. Ao professor Amilton Sinatora do departamento de Engenharia Mecânica daUniversidade de São Paulo, pela utilização do equipamento de cavitação.Aos técnicos do PMT, especialmente a Antonio Livio da Silva Nunez, José Veríssimo Silva dos Santos e Rafael Maia.Aos amigos Mario, Luis, Adriano, Anderson, Daniel e Danny pelo apoio durante todos estes anos.Aos amigos corrosivos, Duberney e Wilmar pelas muitas horas de papo e pela constante disposição para ajudar.Ao CNPq e a COLCIENCIAS pelo apoio financeiro para a realização deste trabalho.Aos professores Hanshan Dong, Xiao-Ying Li e Carlos Pinedo pela preparação das amostras nitretadas.A todas as pessoas que fizeram possível a realização deste trabalho, muito obrigado. RESUMOAmostras de um aço inoxidável martensítico AISI 410 temperado e revenido foram nitretadas a plasma em baixa temperatura usando o tratamento de nitretação plasma DC e a nitretação a plasma com tela ativa. Ambos os tratamentos foram realizados a 400 °C, utilizando mistura gasosa de 75 % de nitrogênio e 25 % de hidrogênio durante 20 horas e 400 Pa de pressão. As amostras de aço AISI 410 temperado e revenido foram caracterizadas antes e depois dos tratamentos termoquímicos, usando as técnicas de microscopia óptica, microscopia eletrônica de varredura, medidas de microdureza, difração de raios X e medidas de teor de nitrogênio em função da distância à superfície por espectrometria WDSX de raios X.A resistência à erosão por cavitação do aço AISI 410 nitretado DC e com tela ativa foi avaliada segundo a norma ASTM G32 (1998). Os ensaios de erosão, de erosão -corrosão e de esclerometria linear instrumentada segundo norma ASTM C1624 (2005) somente foram realizados no aço AISI 410 nitretado com tela ativa. Ensaios de nanoindentação instrumentada forma utilizados para medir a dureza (H) e o módulo de elasticidade reduzido (E*) e calcular as relações H/E* e H 3 /E* 2 e a recuperação elástica (We), utilizando o método proposto por Oliver e Pharr. Ambos os tratamentos produziram camadas nitretadas de espessura homogênea constituídas por martensita expandida supersaturada em nitrogênio e nitretos de ferro com durezas superiores a 1200 HV, porém, a nitretação DC produziu maior quantidade de nitretos de ferro do que o tratamento de tela ativa. Os resultados de erosão por cavitação do aço nitretado DC mostraram que a precipitação de nitretos de ferro é prejudicial para a resistência à cavitação já que reduziu drasticamente o período de incubação e aumentou a taxa de perda de massa nos estágios iniciais do ensaio; entretanto, depois da remoção desses nitretos de ferro, a camada nit...

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Characteristics of martensitic stainless steel nitrided in a low-pressure RF plasma

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Nitretação iônica em gaiola catódica do aço inoxidável martensítico AISI 420

Nitretação iônica em gaiola catódica do aço inoxidável martensítico AISI 420

Nitriding using cathodic cage technique of martensitic stainless steel AISI 420 with addition of CH4

Comportamento em desgaste por erosão cavitação, erosão - corrosão e em ensaios de microesclerometria linear instrumentada de um aço inoxidável martensítico AISI 410 nitretado a plasma em baixa temperatura, utilizando a tecnologia de tela ativa.

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