Title

EFEITO DA NITRETAÇÃO A PLASMA EM BAIXA TEMPERATURA DO AÇO UNS S31803 SOBRE AS PROPRIEDADES TRIBOLÓGICAS MEDIDAS EM ENSAIO DE ESCLEROMETRIA LINEAR INSTRUMENTADA

EFFECT OF LOW TEMPERATURE PLASMA NITRIDING OF STEEL UNS S31803 ON THE TRIBOLOGICAL PROPERTIES MESURED BY INSTRUMENTED SCRATSH TEST

Authorship

Luis Bernardo Varela Jiménez; Luis Armando Espitia Sanjuán; Carlos Eduardo Pinedo; André Paulo Tschiptschin

Luis Bernardo Varela Jiménez

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Luis Armando Espitia Sanjuán

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Carlos Eduardo Pinedo

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André Paulo Tschiptschin

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DOI

10.5151/1516-392X-25802

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Abstract

Amostras de aço inoxidável UNSS31803 duplex foram nitretadas sob plasma em atmosfera gasosa de 75% de nitrogênio e 25% de hidrogênio em temperatura de 400°C durante 20 horas. A microestrutura do material como recebido apresentava cordões de ferrita e austenita, alinhados no sentido da laminação, com aproximadamente 50% de cada uma das fases. A caracterização microestrutural foi feita por microscopia óptica, difração de raios X, MEV e EBSD. As propriedades mecânicas e tribológicas das superfícies tratadas foram avaliadas utilizando ensaios de microdureza e esclerometria linear instrumentada. As camadas obtidas na nitretação a plasma em baixa temperatura (LTPN) eram constituídas por ferrita expandida (aN) e austenita expandida (?N), com durezas de 1509 HV e de 1362 HV, respectivamente. Os ensaios de esclerometria linear mostraram que, num primeiro estágio, o indentador se movimenta sobre a camada nitretada, promovendo deformação plástica nas bordas do sulco, denotando a possibilidade de movimentação de discordância nas fases expandidas da camada nitretada. O coeficiente de atrito medido durante esse estágio ficou estável em torno de 0,05. Ao final do primeiro estágio houve início de formação de microtrincas, aumentando o coeficiente de atrito aparente. A transição para o 2º estágio ocorre com formação de microtrincas cuja densidade aumenta com o aumento da profundidade de risco. Nesse estágio o coeficiente de atrito cresce linearmente com o tempo e profundidade de risco, o número de microtrincas cresce e as microtrincas observadas são predominantemente transgranulares, típicas de falha coesiva da camada. Foram observadas, também, microtrincas intergranulares que causam o destacamento individual de pequenos grãos de ferrita e/ou austenita expandida. No terceiro estágio de riscamento o coeficiente de atrito aparente tende a se estabilizar em torno de 0,16. O ensaio de esclerometria linear realizado no aço como recebido apresenta coeficiente de atrito sempre crescente até atingir um valor em torno de 0,21.

Specimens of a UNS S31803 duplex stainless steel were plasma nitrided at 400°C by 20 h, in a 75%N2+25%H2 atmosphere. The microstructure of the as received material is composed by ferrite and austenitic stringers, aligned in the roll direction. Light optical microscopy (LOM), scanning electron microscopy (SEM), X-ray diffraction (XRD) and electron-backscattered diffraction (EBSD) were used to characterize the microstructure. Microhardness and scratch tests were carried out in order to assess the surface properties. The plasma nitrided (LTPN) layer was composed by expanded ferrite (aN) and expanded austenite (?N), with microhardness of 1509 HV and 1362 HV, respectively. Scratch tests showed that during the first stage of scratching, plastic deformation of the nitrided layer occurs at the border regions of the scratch, indicating dislocation movement in both expanded phases. The friction coefficient (COF) remained stable and was very small ~0.05. During the second stage small microcracks were observed, the amount of microcracks increasing with increasing depth of scratch. During this stage, the friction coefficient (COF) increases linearly with the depth of scratch, reaching a stable value ~0.16 at the third stage. The scratch test of the untreated specimens resulted in intense plastic deformation, no cracks were observed and the friction coefficient always increased reaching a stable value at the end of the test ~21.

Keywords

Aço inoxidável duplex, Nitretação sob plasma, Austenita Expandida, Ferrita Expandida

Duplex stainless steel, Plasma Nitrided, Expanded Austenite, Expanded Ferrite