Influência da nitretação a plasma no comportamento em fadiga do aço ASTM 743 tipo CA6NM

Abstract

A nitretação por plasma tem sido largamente utilizada em muitas aplicações industriais por apresentar melhora nas propriedades mecânicas, tribológicas e químicas. Este trabalho estuda a influência do tempo de tratamento na formação da camada nitretada do aço inoxidável martensítico ASTM A743 CA6NM e o conseqüente comportamento na vida em fadiga. Os corpos de prova foram nitretados a 500°C com pressão de 4 mbar (400 Pa), mistura gasosa de 80% vol. H2 e 20% vol. N2. Os tempos de tratamento utilizados foram: 1, 3 e 5 horas. As propriedades das camadas nitretadas obtidas nas amostras foram avaliadas por meio de microdureza superficial, análise microestrutural com microscópio ótico e eletrônico de varredura (MEV), difratometria de raios X (DRX) para identificar as fases formadas nas camadas e para medição de tensão residual, além de ensaios de fadiga e construção de uma curva S-N para cada tempo de tratamento. Os resultados mostram que para todos os tempos houve aumento significativo na dureza superficial e também na vida em fadiga em relação ao material não nitretado. Esses resultados podem ser associados à formação da camada de compostos juntamente com a camada de difusão e a adição de Nitretos de Ferro (ε-Fe2-3N e γ’- Fe4N) e de Cromo (CrN) em todos os tempos de tratamento. O melhor resultado obtido, para a nitretação a 500°C, foi com 1 hora d e tratamento, com o aumento de dureza superficial de 385% e o limite de fadiga, para 2 milhões de ciclos, de 23,76%. Além disso, esse tempo de tratamento, se comparado qualitativamente com a amostra de 5 horas, apresentou melhor resultado em relação às tensões residuais compressivas na superfície, com valor mais expressivo e desvio padrão menos acentuado. _________________________________________________________________________________ ABSTRACT

The nitriding by plasma has been widely used in many industrial applications to provide improvement in mechanical, chemical properties and tribology. This work studies the influence the time of treatments time in the formation of nitride layer of martensitic stainless steel ASTM A743 CA6NM and the behavior in fatigue life. The samples were nitriding at 500°C with a pressure of 4.0 mbar (400 Pa) and using a gas mixture of 80% v. H2 and 20% v. N2. The times of treatments were: 1, 3 and 5 hours. The properties of the layers in the samples obtained nitrides were analyzed by surface microhardness, microstructural analysis with optical microscopy and scanning electron microscopy (SEM), X ray diffraction (XRD) to identify phases formed in layers and for measuring residual stress and fatigue tests with the construction of the S-N curve for each time of treatment. The results show that for all time of treatment there was significant increase in surface hardness and also the fatigue life compared with the non-nitride material. These results may be associated with the compound layer formation, the diffusion layer and addition of Iron Nitrides (ε-Fe2-3N and γ’-Fe4N) and Chromium (CrN) in all treatment times. The best result for nitriding at 500°C was 1 hour of treatme nt, increasing surface hardness by 385% and the fatigue limit, to 2 million cycles, in 23.76%. However, this treatment, compared qualitatively with the sample of 5 hours, showed better result on compressive residual stresses on the surface with more value expressive and standard deviation less pronounced.