Estudo da aplicação dos tratamentos superficiais combinados de deep-rolling e nitretação a plasma em um aço bainítico de resfriamento contínuo

• Ano de defesa: 2023
• Autor(a) principal: Canal, Felipe
• Orientador(a): Rocha, Alexandre da Silva
• Tipo de documento: Dissertação
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Palavras-chave em Português: Aço bainítico; Tratamento de superfícies; Nitretação a plasma
• Palavras-chave em Inglês: Plasma nitriding; Deep rolling; Bainitic steel; Residual stresses
• Link de acesso: http://hdl.handle.net/10183/277031

A relevância dos aços bainíticos de resfriamento contínuo está atrelada a possibilidade de obter alta resistência mecânica com o controle da taxa de resfriamento eliminando etapas posteriores de reaquecimento, o que reduz o consumo energético. No entanto, o aprimoramento tribológico ainda é necessário. O processo de Deep-rolling, promove uma deformação plástica superficial que reduz a rugosidade, aumenta a dureza e gera tensões residuais compressivas. Já a nitretação a plasma, é caracterizada por formar uma camada superficial de alta dureza e por consequência, alta resistência ao desgaste. No presente estudo, foi realizado uma análise sobre a combinação destes dois tratamentos superficiais, visando aliar os benefícios de cada processo. O tratamento de Deep-rolling, foi realizado em pressões de 150 e 250 bar, com velocidade de 300 mm/min, esfera de 6,3 mm e um passe sobre a superfície. Para a nitretação a plasma, foi utilizada uma mistura gasosa de 24%vol. N2 e 76%vol. H2, por 6h, em 400 e 500 °C. As amostras foram analisadas em termos de rugosidade, microdureza Vickers, ultramicrodureza, microestrutura, análise de fases e tensões residuais via difração de Raios-X, perfil de composição química GDOES e ensaio de desgaste pino sobre disco. A aplicação do Deep rolling ao aço bainítico, reduziu a rugosidade em aproximadamente 40%, aumentou a dureza superficial e induziu tensões residuais compressivas, sendo máximas abaixo da superfície de -813 MPa e -853,6 MPa para ambas as pressões. A combinação dos tratamentos, indica que a deformação plástica, a qual é mais intensa na superfície, facilita a difusão do nitrogênio, já as tensões residuais compressivas, atuam como barreiras, dificultando a difusão do nitrogênio. Como consequência, ocorre um aumento da camada de compostos e redução da camada de difusão para ambas as temperaturas. O percentual dos nitretos formadores da camada de compostos também é modificado, aumentando os nitretos ε-Fe2-3(C)N e reduzindo os nitretos γ’-Fe4N, interferindo na dureza da camada de compostos. Esses efeitos tendem a aumentar com a pressão de tratamento do Deep rolling. Para ambas as temperaturas de nitretação foi observado um relaxamento parcial das tensões residuais compressivas originárias do Deep-rolling, o qual aumenta com a temperatura de nitretação. O melhor desempenho tribológico esteve atrelado à maior dureza da camada nitretada obtido na condição Deep-rolling a 150 bar seguido de nitretação a plasma a 400°C, apontando que o fator mandatório esteve relacionado à dureza, a qual é regida pelo percentual de nitretos ε-Fe2-3(C)N e γ’-Fe4N.