Avaliação da estrutura e da resistência mecânica de aços IF nitretados a plasma com pré-encruamento
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Autor(es)
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Editor
Universidade Federal de Minas Gerais
Descrição
Tipo
Tese de doutorado
Título alternativo
Primeiro orientador
Membros da banca
Dagoberto Brandao Santos
Mônica Maria de Abreu Mendonça Schvartzman
Ricardo Nolasco de Carvalho
Carlos Alberto Llanes Leyva
Mônica Maria de Abreu Mendonça Schvartzman
Ricardo Nolasco de Carvalho
Carlos Alberto Llanes Leyva
Resumo
Neste trabalho foram investigadas as propriedades mecânicasde aços IF modificados superficialmente por processo de nitretação a plasma em configuração triodo durante 4 horas nas temperaturas de 450°C, 475°C e 500°C. Foram avaliadas também as características estruturais e o comportamento frente ao desgaste dos aços IF modificados superficialmente. A possível influência de um pré-tratamento de shot peening no processo de nitretação a plasma foi avaliada. Constatou-se que o processo de modificação superficial a plasma alterou a morfologia superficial dos aços IF, introduzindo precipitados nas formas de agulhas grandes e de agulhas curtas na matriz ferrítica. Os sistemas com pré-shot peening não apresentaram os precipitados com morfologia de agulhas grandes. As fases obtidas após a nitretação em todos os sistemas avaliados foram -Fe2-3N, -Fe4N, -Fe16N2 além de -Fe referente ao aço IF. Os ensaios de ultra-microdureza transversal indicaram que o processo de nitretação a plasma aumentou em até duas vezes a dureza do aço IF com profundidade de endurecimento de até 590 m no sistema nitretado a 500°C. Os resultados de nanoindentação mostraram que o pré-shot peening conferiu um aumento de dureza superficial no aço IF até aproximadamente 20 m. As durezas obtidas para o aço nitretado com tratamento mecânico de shot peening foram muito semelhantes às obtida para o aço nitretado sem a pré-deformação. O comportamento do coeficiente de atrito dos aços IF indicou que estes apresentaram desgaste tribo-oxidativo, com formação e ruptura das camadas de óxidos, comprovadas pela análise de EDS da trilha de desgaste. A nitretação a plasma modificou o comportamento tribológico nos aços IF, introduzindo um estado estacionário com altos valores de coeficiente de atrito em menores distâncias de deslizamento que foi associada à maior concentração de nitrogênio existente em menores profundidades. O pré-shot peening excluiu essa região, apresentando apenas desgaste oxidativo.
Abstract
In this study the mechanical properties of IF steel surface modified by plasma nitriding process in triode configuration for 4 hours at temperatures of 450°C, 475°C and 500°C were investigated. Physical, morphological characteristics and wear behavior of modified IF steels were also evaluated. The possible influence of a pre-shot peening treatment in the plasma nitriding process was evaluated. It was found that the process of plasma surface modification altered surface morphology of IF steels, introducing precipitates as big and short needles in the ferritic matrix. Systems with pre-shot peening showed no precipitates with needle morphology. Phases obtained after nitriding in all systems evaluated were -Fe2-3N, '-Fe4N, ''Fe16N2 in addition to -Fe matrix of the IF steel. Instrumented microhardness tests exhibit a twofold increase on hardness values at the near surface, compared with the substrate, and a deep hardened region in IF steel. The nanoindentation results showed that the pre-shot peening gave an increase of surface hardness in the IF steel to about 20 m. The hardness obtained for the nitrided steel with mechanical shot peening treatment were very similar to those obtained for the nitrided steel without pre-deformation. The behavior of the friction coefficient of IF steels indicated that they had a tribo-oxidative wear mechanism, with the formation and break-down of the oxide layers, confirmed by EDS analysis of the wear track. The plasma nitriding modified the tribological behavior in IF steels by introducing a steady state with high coefficient of friction at short sliding distances, which was associated with a higher concentration of nitrogen in this region. The shot peening excluded this region, showing only an oxidative wear.
Assunto
Engenharia metalúrgica
Palavras-chave
Materiais e de Minas, Engenharia Metalúrgica