Cementação do aço inoxidável AISI 304 usando plasma frio

Abstract

RESUMO: O uso dos aços inoxidáveis austeníticos ocorre principalmente em setores da indústria que necessitam de boas propriedades de resistência à corrosão e não tão elevada resistência ao desgaste e boa tenacidade. Assim, propriedades tribológicas necessitam ser melhoradas e alguns métodos de tratamento superficial estão sendo utilizados para este fim, dentre eles o de cementação por plasma. O objetivo deste trabalho foi aumentar a dureza superficial e a resistência ao desgaste do aço AISI 304 através do processo de cementação a plasma frio. Os tratamentos termoquímicos foram realizados usando uma mistura gasosa fixa de 93% de H₂ e 7% de CH₄ com tempo variando de 1 a 8 horas nas temperaturas de 350, 380 e 410ºC sob uma pressão de 520 Pa. Para todas as amostras os resultados obtidos por difração de Raios-X mostram que não há presença de carbonetos. Ainda para as mesmas amostras foram identificadas picos deslocados para esquerda evidenciando a formação de austenita expandida devido ao acréscimo de carbono no reticulado cristalino. Microestruturas das camadas cementadas obtidas por microscopia eletrônica de varredura confirmam a formação de austenita expandida e o tratamento que favoreceu a maior espessura foi para a condição de 410ºC durante 8 horas. Perfis de dureza Vickers medidos mostram que o melhor resultado ocorreu também nesta temperatura, porém para o tempo de 5 horas. Ensaios de resistência ao desgaste microabrasivo por esfera livre foram feitos e verificou-se que para 410ºC o tempos de tratamento de 5 e 8 horas foram similares. Os resultados mostram que os mecanismos de desgaste que atuam no processo podem ser por rolamento ou deslizamento. Estes mecanismos atuantes irão depender das condições operacionais envolvidas.

ABSTRACT: The use of austenitic stainless steels occurs primarily in industrial sectors that require good corrosion resistance properties and not so high wear resistance and good toughness. Thus tribological properties need to be improved and some surface treatment methods are being used for this purpose, including the plasma carburizing. The objective of this work was to increase the surface hardness and wear resistance of AISI 304 through the cold plasma carburizing process. The thermochemical treatments were carried out using a fixed gas mixture of 93% H₂ and 7% CH₄ time ranging from 1 to 8 hours at temperatures of 350, 380 and 410ºC under a pressure of 520 Pa. For all samples the results obtained by X-ray diffraction show no presence of carbides. Even for the same samples shifted peaks were identified to the left showing the formation of expanded austenite due to the increase of carbon in the crystalline lattice. Microstructures of carburized layers obtained by scanning electron microscopy confirmed the formation of expanded austenite and the treatment that enabled the greatest thickness was to condition 410ºC for 8 hours. Measured Vickers microhardness profiles show that the best results occurred also at this temperature, but the time for 5 hours. Resistance to wear microabrasive free ball are made and it was found that the 410ºC for treatment times of 5 and 8 hours were similar. The results show that the wear mechanisms that operate in the process can be by rolling or sliding. These active mechanisms will depend on the operating conditions involved.