Propriedades do aço AISI 4140 nitretado a gás

Abstract

RESUMONitretação está entre os tratamentos superficiais mais efetivos. Os principais benefícios da nitretação aos aços são o aumento da dureza, resistência ao desgaste, resistência à fadiga e resistência à corrosão. Com isso, este trabalho tem por objetivo avaliar a resposta do AISI 4140 a diferentes condições de nitretação, quanto às propriedades químicas, microestruturais, de dureza e propriedades tribológicas. Para isso, foram feitas análises metalográficas, espectroscopia de emissão óptica de descarga incandescente (GDOES), difração de raios-x, microdureza e ensaio pino-sobre-disco. Nitretações gasosas foram executas em duas diferentes condições, com potenciais de nitretação de 0,6 e 2,0. A duração dos tratamentos foi de duas, quatro e seis horas. Adicionalmente, foi realizado um tratamento de nitrocarbonetação de seis horas, com a adição de carbono via injeção de gás de CO 2 , com potencial de carbonetação de 1,0. Os resultados mostraram a formação de camada branca seguida de uma camada de difusão com gradiente de propriedades como dureza e composição quími-ca. Um aumento significativo de dureza de 400 HV é observado na camada de difusão. Os diferentes tratamentos mostraram que o potencial de nitretação tem maior influência sobre a espessura do que o tempo de tratamento. A nitrocarbonetação formou uma camada nitretada 21% menos espessa do que nas amostras nitretadas de mesmo potencial de nitretação, enquanto que a camada de poros foi semelhante. Nos testes tribológicos realizados, houve uma diminuição do desgaste de 61% com a presença da camada nitretada e o modo de desgaste mudou de abrasivo/adesivo para abrasivo. Palavras-chave: Nitretação gasosa, aço AISI 4140, pino-sobre-disco, difração de raios-x, GDOS. ABSTRACTNitriding is among the most effective surface treatments. The main benefits of nitriding on steels are the increasing in hardness, wear resistance, fatigue resistance and corrosion resistance. Therefore, this study aims to evaluate the response of AISI 4140 to different nitriding conditions, regarding chemical, microstructure, hardness and tribological properties. To accomplish this, metallographic analyzes, optical emission spectroscopy glow discharge (GDOES), x-ray diffraction, hardness and pin-on-disc test were performed. Gaseous nitriding were performed in two different conditions, with nitriding potential of 0.6 and 2.0. The process time was two, four and six hours. Additionally, a nitrocarburizing treatment was carried out with the addition of carbon via CO2 gas injection with carburizing potential of 1.0. The results showed the formation of white layer followed by a diffusion layer with gradient properties as hardness and chemical composition. A significant increase in hardness about 400 HV is observed in the diffusion. The different treatments showed that the nitriding potential have more influence on the thickness than the treatment time. The nitrocarburized sample formed a nitrided layer 21% less thick than the nitrided sample with same nitriding potential, while the pore layer was sim...

Microestrutura e Propriedades de Desgaste do Aço Bainítico de Resfriamento Contínuo DIN 18MnCrSiMo6-4 Nitretado a Plasma em Diferentes Temperaturas

“…De acordo com Diehl et al [55], Tier et al [63] e Kwietniewski et al [64] na Figura 1 existe o efeito de desestabilização dos carbonetos formados pelos elementos de liga do aço, em especial o carboneto de cromo, durante a nitretação. Os elementos de liga que antes formavam carbonetos formam novos compostos com o nitrogênio (nitretos), deixando o carbono livre para se difundir em duas direções dentro da peça: em direção à sua superfície e em direção ao seu núcleo.…”

“…Os elementos de liga que antes formavam carbonetos formam novos compostos com o nitrogênio (nitretos), deixando o carbono livre para se difundir em duas direções dentro da peça: em direção à sua superfície e em direção ao seu núcleo. O carbono que se difunde para o núcleo, região livre de tensões residuais, devido à formação de novos nitretos [54] forma uma zona rica em carbono abaixo da camada nitretada, que apresenta um teor maior que aquele anterior ao tratamento [55].…”

“…Não é possível distinguir com clareza se a fase α-Fe é ferrita, bainita ou martensita na Figura 3. O deslocamento do pico para a esquerda indica um aumento das tensões residuais de segunda e primeira ordem [55]. O alargamento do pico, devido a maior densidade de discordâncias, indica a presença de bainita/martensita [66].…”

“…Inclusões muito finas de carbonetos de cromo podem ser encontradas dentro da matriz bainítica [35,53]. Na zona de difusão, logo abaixo da camada de compostos, é revelada uma clara descarbonetação [54,55].…”

“…É possível observar que as amostras nitretadas apresentam reduzido coeficiente de atrito em comparação com a amostra não nitretada durante os estágios iniciais do ensaio de desgaste ball-on-flat. Isto pode ser atribuído ao aumento de dureza causado pela nitretação, refletindo em menores deformações superficiais durante o deslizamento contra a esfera de alumina, havendo menor área de contato entre os corpos e, portanto, menor resistência ao deslizamento [55,57,58]. A medida que a distância do deslizamento aumenta, observase um aumento gradual do coeficiente de atrito ao passo que as amostras vão sendo desgastadas.…”