Title

COMPARISON OF DIRECT CURRENT AND CATHODIC CAGE PLASMA NITRIDING TECHNIQUES

COMPARAÇÃO ENTRE AS TÉCNICAS DE NITRETAÇÃO POR PLASMA DE CORRENTE CONTÍNUA E DE GAIOLA CATÓDICA

Authorship

Júnior, Clodomiro Alves; Sousa, Rômulo R. Magalhães de; Araújo, Francisco O. de; Costa, José Alzamir P. da

Júnior, Clodomiro Alves

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Sousa, Rômulo R. Magalhães de

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Araújo, Francisco O. de

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Costa, José Alzamir P. da

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DOI

10.5151/2594-5327-16835

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Abstract

Over the last decade, various plasma nitriding techniques exploring shielding of parts were used in order to eliminate problems in the conventional nitriding technique as edge effects and non-uniformity heating. The cathodic cage plasma nitriding (CCPN) is a technique that uses a same shielding as active screen but with better efficiency and control of process because multi hollow cathodes formation. In this work, the CCPN technique was compared with conventional technique called direct current plasma nitriding (DCPN) during nitriding of both AISI 316 and AISI 1020 steels. Rods with 8.0 mm in diameter were cut to various heights: 1, 3, 5, 8 and 10 mm and nitrided at temperature of 773K, 723K and 673 K using both (DCPN) and (CCPN). Influence of parameters as pressure, position and time of treatment were also evaluated. Unlike of the DCPN, the samples nitrided by CCPN did not have restriction rings in the layer and the hardness on surface is independent of the height of the samples. Further it was observed that the CCPN has a nitriding rate higher than the DCPN when the pressure for the occurrence of the effect of hollow cathode is properly used. These results shows a better efficiency of the CCPN when compared with the conventional technique, evidencing also that the application of such a new technique eliminates problem as thermal gradient and edge effect.

Nas últimas décadas, varias técnicas de nitretação por plasma explorando blindagem das peças foram utilizadas com o intuito de eliminar problemas existente na nitretação iônica convencional como efeito de bordas e aquecimento heterogêneo. A nitretação por gaiola catódica (CCPN) é uma técnica que utiliza uma mesma blindagem que na técnica de nitretação por tela ativa mas com melhor eficiência e controle do processo devido à existência de multi cátodos ocos. Neste trabalho, a técnica de CCPN foi comparada com a nitretação iônica convencional (DCPN) durante a nitretação dos aços AISI 316 e AISI 1020. Cilindros com 8,0 mm de diâmetro foram cortados em alturas de 1, 3, 5, 8 and 10 mm e nitretados em temperaturas de 773K, 723K and 673 K usando as duas técnicas. Influência de parâmetros como pressão, posição e tempo de tratamento foram também avaliados. Ao contrário da DCPN, as amostras nitretadas por CCPN não apresentaram anéis de restrição na camada e a dureza da superfície é independente da altura da amostra. Também foi observado que a CCPN possui uma taxa de nitretação maior que a DCPN quando a pressão do efeito de cátodo oco é propriamente utilizada. Esses resultados mostram uma melhor eficiência da CCPN quando comparada com a técnica convencional, evidenciando ainda que a aplicação dessa nova técnica elimina problemas como gradiente térmicos e efeito de bordas.

Keywords

Plasma nitriding; Hollow cathode; Stainless steels; Hardening.

Nitretação iônica; Cátodo oco; Aço inoxidáveis; Endurecimento de aços.