Uso das técnicas de planejamento experimental e otimização de processos na nitretação a plasma em gaiola catódica do aço ferramenta AISI D2

Abstract

RESUMO: A nitretação a plasma é um tratamento termoquímico empregado especialmente na elevação da resistência ao desgaste e à corrosão de materiais. No presente trabalho, as técnicas de planejamento de experimentos e de otimização de processos foram utilizadas na obtenção de modelos matemáticos estatisticamente significantes para a espessura, dureza e resistência ao desgaste microabrasivo de camadas nitretadas produzidas no aço ferramenta AISI D2 nitretado em gaiola catódica sob diferentes condições de tempo e temperatura. As faixas de temperatura e de tempo estudadas foram, respectivamente, de 420 a 520°C e 30 a 360 minutos. A mistura gasosa usada em todos os experimentos de nitretação constituiu-se de 20% de N₂ e 80% H₂. Observou-se que o uso de temperaturas maiores ou iguais a aproximadamente 470°C e de tempos de nitretação maiores ou iguais a aproximadamente 195 minutos proporcionam a formação de camadas nitretadas com espessuras entre 90 μm e 120 μm. A curva de contorno da superfície de resposta gerada mostra que os tratamentos termoquímicos realizados na faixa de temperaturas de 506 a 520°C, por longos períodos de tempo (195 a 360 minutos), propiciam a formação de camadas nitretadas com dureza superficial superior a 1200 HV. Para tempos curtos de nitretação (30 a 137 minutos) e temperaturas entre 452 e 520°C, é possível a otimização da resistência ao desgaste do material, obtendo-se valores de coeficiente de desgaste menores que 7,5x10-¹³ m²/N.

ABSTRACT: Plasma nitriding is used especially for increasing both corrosion and wear resistance of materials. In this work, experimental design and process optimization techniques were used for obtaining mathematical models which predict both thickness, hardness and wear resistance of nitrided layers produced on surface of the AISI D2 tool steel, plasma nitrided under different conditions of time (30-360 minutes) and temperature (420-520°C). Gaseous atmospheres constitued of 20% N₂ and 80% H₂ were used. Using temperatures above or next to 470°C and nitrinding times above or next to 195 minutes alowed to the formation of nitrided layers with thickness between 90 μm and 120 μm. Generated surface response shows that nitrided layers with hardness greater than 1200 HV can be obtained at temperature range of 506-520°C for longer times of nitriding (195-360 minutes). The best results of wear coefficients ( lower than 7,5x10-¹³ m²/N) are obtained when short times (between 30 and 137 minutes) and temperatures at the range of 452-520°C are used.