Influência da nitretação a plasma sobre a resistência ao desgaste de engrenagens forjadas em aço bainítico de resfriamento contínuo de baixo carbono

• Ano de defesa: 2021
• Autor(a) principal: Dalcin, Rafael Luciano
• Orientador(a): Rocha, Alexandre da Silva
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Palavras-chave em Português: Aço bainítico; Nitretação a plasma; Resistência ao desgaste
• Palavras-chave em Inglês: Forged gears; DIN 18MnCrSiMo6-4 steel; Plasma nitriding; Sliding wear; Pitting wear; Statistical analysis
• Link de acesso: http://hdl.handle.net/10183/223634

O uso do processamento termomecânico utilizando aços bainíticos de resfriamento contínuo é um tema atual de alto potencial para a redução de etapas de processamento, redução do consumo energético e melhoria na qualidade de forjados. Para aplicações do aço bainítico em engrenagens, é necessário elevar sua dureza superficial e resistência ao desgaste. A hipótese desta tese é que a nitretação a plasma por permitir o uso de baixas temperaturas é mais adequada para preservar a microestrutura bainítica e reduzir o consumo energético. O objetivo principal deste estudo é avaliar a potencialidade do aço bainítico forjado e testar o desempenho das superfícies nitretadas a plasma. Neste contexto, amostras e engrenagens forjadas em aço DIN 18MnCrSiMo6-4 foram fabricadas e nitretadas a plasma com diferentes misturas gasosas contendo: 5, 24 e 76% N2. As amostras foram caracterizadas quanto a rugosidade, microestrutura, dureza, composição química, tenacidade a fratura, composição de fases, estado de tensões residuais e testadas por deslizamento recíproco para análise do coeficiente de atrito e desgaste, e por fim avaliadas estatisticamente. As engrenagens foram submetidas à ensaios de fadiga de contato para avaliar a resistência ao desgaste por pitting. Os resultados apresentados demonstram a viabilidade da utilização do aço DIN 18MnCrSiMo6-4 para a redução da rota de processamento de engrenagens forjadas. A nitretação a plasma mostrou-se ser um processo viável para aumentar a dureza superficial e a resistência ao desgaste do aço DIN 18MnCrSiMo6-4. As superfícies nitretadas a plasma com composição de nitrogênio de 24 e 76% N2 formaram uma camada de compostos bifásica de ε-Fe2-3(C)N e γ’-Fe4N. À medida que foi diminuído o percentual de nitrogênio na mistura gasosa, aumentou o percentual de γ’-Fe4N na camada de compostos, mas uma camada de compostos monofásica só foi alcançada com 5% N2. As composições gasosas ricas em nitrogênio (76% N2) apresentaram uma diminuição na tenacidade à fratura da camada de compostos, pois elas têm mais ε-Fe2-3(C)N. A zona de difusão das diferentes superfícies nitretadas a plasma apresentaram tensões residuais compressivas. A distribuição de Weibull revela que o melhor desempenho foi obtido nas engrenagens nitretadas com 24% N2, devido a melhor combinação entre a dureza superficial, tenacidade a fratura, tensões residuais e espessura da camada de compostos. As engrenagens nitretadas com 24% N2 têm uma melhoria de 10,0 vezes sobre as engrenagens forjadas não nitretadas, enquanto as engrenagens nitretadas com 5 e 76% N2 têm uma melhoria de 3,7 e 5,4 vezes.