Title

PHASE CHARACTERIZATION AND TRIBOLOGICAL BEHAVIOUR OF NITRIDED STEELS AISI H13, AISI M2 AND AISI D2

CARACTERIZAÇÃO DE FASES E DAS PROPRIEDADES TRIBOLÓGICAS DOS AÇOS AISI H13, AISI M2 AND AISI D2 NITRETADOS

Authorship

Jacobsen, Saulo D.; Blando, Eduardo; Hinrichs, Ruth; Vasconcellos, Marcos Antonio Zen

Jacobsen, Saulo D.

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Blando, Eduardo

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Hinrichs, Ruth

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Vasconcellos, Marcos Antonio Zen

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DOI

10.5151/5463-5463-17504

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Abstract

Plasma nitriding has been used to improve hardness of different tool steels, like AISI H13, AISI D2, and AISI M2. Nitriding also enhances tribological properties and increases tool life, reducing overall costs due to reduction of replacement time. The characterization of the changes induced in the uppermost layers of the nitrided steels is essential to understand tribological and elasto-plastic properties. In this work AISI H13, o AISI D2 e o AISI M2 steel samples were nitrided simultaneously in a homogeneous plasma configuration, at 400oC and a gas composition of 80% N2 and 20% H2. Samples were tested on a pin on disc tribometer, before and after nitriding, to obtain coefficient of friction (COF) and wear parameters. Glancing incidence x-ray diffraction (GIXRD), scanning electron microscopy (SEM), optical microscopy, instrumented hardness tests (IHT), and profilometry were used to detect alterations induced by the nitriding to the tribological and morphological properties. GIXRD with different incidence angles revealed the formation of several iron nitrides in different depths on the sample surfaces. The phase composition was correlated to the tribological properties obtained with the pin-on-disc test. SEM and optical analysis revealed morphological changes due to nitriding procedures and the frictional load in the tribometer.

Nitretação a plasma tem sido utilizada para aumentar a dureza de diferentes aços ferramenta, como AISI H13, AISI D2 e AISI M2. Nitretação também melhora as propriedades tribológicas e aumenta a vida útil das ferramentas, reduzindo custos operacionais devidos a substituição das mesmas. A caracterização das mudanças induzidas nas camadas superficiais dos aços nitretados é essencial para a compreensão das propriedades tribológicas e elastoplásticas. Neste trabalho os aços supracitados foram nitretados simultaneamente em um plasma homogêneo a 400oC com atmosfera composta de 80% N2 e 20% H2. As amostras foram ensaiadas em um tribômetro do tipo pino sobre disco antes e depois da nitretação, afim de obter os coeficientes de atrito e os parâmetros de desgaste. As amostras foram caracterizadas antes e depois da nitretação e depois dos testes tribológicos. Difração de Raios X em Ângulo Rasante (GIXRD), Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV), microscopia óptica, ensaios instrumentados de dureza (IHT) e perfilometria foram utilizados para detectar alterações induzidas pela nitretação nas propriedades tribológicas e morfológicas. Difratogramas de GIXRD em diferente ângulos de incidência revelaram a formação de vários nitretos de ferro em diferentes profundidades. A distribuição das fases foi correlacionada com as propriedades tribológicas obtidas nos testes “pino sobre disco”. As imagens de MEV mostraram as mudanças de morfologia devidas ao procedimento de nitretação e dos ensaios de atrito.

Keywords

AISI H13; AISI D2; AISI M2; Plasma nitriding; Pin on disc; Glow discharge.

Aços nitretados; Nitretação a plasma; Pino sobre disco; Descarga luminosa.