Estudo da resistência ao desgaste microabrasivo de camadas de austenita expandida produzidas em aço inoxidável austenítico AISI 316L nitretado a plasma

Abstract

RESUMO: Neste trabalho, foi estudada a influência da temperatura e do tempo de nitretação a plasma na estrutura e resistência ao desgaste microabrasivo do aço inoxidável austenítico AISI 316L. Os tratamentos foram realizados usando misturas gasosas de 75%N₂ e 25%H₂, a pressão de aproximadamente 3 Torr, em temperaturas de 390 a 430°C por tempos de 2 a 8 horas. Para tanto, foi utilizado reator de nitretação a plasma pulsado da marca Thor NP SDS pertencente ao laboratório de Engenharia de Superfície do IFES. A resistência ao desgaste microabrasivo do aço nitretado foi caracterizada por ensaio de microabrasão do tipo "esfera livre" e a espessura das camadas determinada por microscopia óptica. Através de difração de raios-X, utilizando um Difratômetro de Raios-X da marca Bruker, modelo D2Phase com radiação incidente CuK-α (λ = 1,542 Å) , verificou-se que em todas as condições foram produzidas camadas nitretadas constituídas de austenita expandida (γN), com espessuras variando de 0,6 a 9,5 μm. A resistência ao desgaste tende a aumentar com o crescimento da camada de γN em tempos mais curtos de tratamento, em torno de 2 e 4 horas. Para tempos mais longos, a resistência ao desgaste tende a cair, indicando a possível formação de fases na estrutura da camada nitretada prejudiciais à resistência a abrasão, não identificadas pelo método de difração de raios-X. Porém, as amostras tratadas nas condições estudadas apresentaram melhoras na resistência ao desgaste microabrasivo em relação ao aço sem tratamento. Na condição otimizada o volume desgastado foi, aproximadamente, 67% menor que o do material não nitretado. Mesmo na condição em que se verificou menor resistência ao desgaste microabrasivo, 390°C por 2 horas, o volume de desgaste foi aproximadamente 22% menor frente ao do aço inoxidável não nitretado.

ABSTRACT: In this work the influence of plasma nitriding temperature and time on structure and microabrasive wear resistance of austenitic stainless steel AISI 316L was studied. Plasma nitriding experiments were carried out using gaseous mixtures of 75%N₂ and 25%H₂, under pressure of 3Torr, at temperatures of 390, 410 and 430°C for times varying from 2 to 8 hours. Micro-abrasive wear resistance of the nitrided steel was characterized by "free ball" typed micro-abrasive wear testing and the layer thickness determined by optical microscopy. A Bruker D2Phase X-ray diffractometer, using CuK-α (λ = 1.542 Å) radiation was used for identification the phases which are present on material surface. It was found that all conditions allow the generation of nitrided layers constitued of expanded austenite (γ N ), with thickness ranging from 0.6 to 9.5 µm. The wear resistance tends to increase with γ N layer growth when shorter times of nitriding was used. For longer times of nitriding, the wear resistance tends to decrease, indicating the possible formation of phases which are deleterious to the abrasion resistance and are not identified by X-ray diffraction. However, all the conditions used in this work allow an improvement in the wear resistance of the AISI 316L austenitic stainless steel in relation to the non-nitrided material. In optimized condition, worn volume was about 67% lower than that of non-nitrided material. Even for the condition that offered a low wear resistance, 390°C for 2 hours, the wear volume was about 22% lower as compared to non-nitrided stainless steel.