Nitretação à baixa temperatura assistida por plasma do aço inoxidável duplex uns s32101 : influência da deformação plástica

Abstract

Resumo: Os aços inoxidáveis duplex tem boas propriedades mecânicas e excelente resistência a corrosão. São geralmente aplicados em vários segmentos, tais como nas indústrias químicas e nucleares. Neste trabalho e estudado o aço UNS S32101 que apesar de ter boas propriedades mecânicas tem baixa dureza e consequente baixa resistência ao desgaste. Neste caso, o tratamento de nitre tacão por plasma e uma técnica promissora para o endurecimento da superfície através da difusão do nitrogênio na superfície do aço. Entretanto temperaturas tradicionais de nitre tacão por plasma podem reduzir sua resistência a corrosão devido a precipitação de nitritos de cromo com consequente redução do teor de cromo em solução solida na matriz do aço. Nesse contexto, o tratamento assistido por plasma a baixa temperatura e uma técnica viável, pois pode combinar, em determinadas condições de processo, o endurecimento superficial e a manutenção ou ate mesmo melhoria da resistência a corrosão de aços inoxidáveis. De forma especifica, este trabalho apresenta o estudo da influencia da mistura gasosa, do tempo e da temperatura na nitre tacão por plasma do aço UNS S32101 além de se estudar a influencia da deformação plástica na cinética de tratamento (deformação realizada por shot peening). A avaliação da mistura gasosa foi realizada em misturas N2 + H2 para 5, 10 e 20% N2 a 350 oC, com um tempo de tratamento de 6h. Estabelecida a melhor mistura gasosa, testou-se temperaturas entre 350 °C e 425 °C, em intervalos de 25°C para tratamento de 6h. Posteriormente, para a temperatura de 400°C variou-se o tempo de tratamento de 3, 6 e 12 h. Nesta segunda fase, uma das faces da amostra foi submetida a um pré-tratamento de shot peening a fim de estudar a influencia da deformação plástica, esperando aumentar a difusão do nitrogênio na superfície do material e a cinética de tratamento pela introdução de defeitos, sendo estes especialmente importantes para baixas temperaturas. As camadas endurecidas foram caracterizadas por microscopia ótica, difratometria de raios-X e por medidas de micro dureza. Os resultados indicam que a deformação plástica tende a formar camadas nitretadas mais espessas e com maior dureza, além de acelerar o processo de precipitação de nitritos de cromo, quando comparadas, nas mesmas condições de tratamento, com camadas obtidas sem deformação plástica previa.

Abstract: The duplex stainless steels have good mechanical properties and excellent corrosion resistance. They are usually applied in several segments, such as in the chemical and nuclear industries. In this work the UNS S32101 steel was studied which, despite having good mechanical properties, has low hardness and consequent low wear resistance. In this case, the plasma nitriding treatment is a promising technique for surface hardening by diffusion of nitrogen in the steel surface. However traditional plasma nitriding temperatures can reduce its corrosion resistance due to precipitation of chromium nitrides allied to the reduction of chromium in solid solution of the steel matrix. In this context, the low temperature plasma assisted treatment is a viable technique because it can combine, under certain process conditions, hardening and maintaining, or even improving, the corrosion resistance of stainless steels. In real terms, this study is focused in the influence of the gas mixture, time and temperature on UNS S32101 steel plasma nitriding, and the influence of the plastic deformation on the treatment kinetics (deformation performed by shot peening). The experiments were performed in a gas mixture containing N2 + H2 for 5, 10 and 20% N2 at 350 °C with a treatment time of 6h. Established the best gas mixture, treatments at temperatures between 350 °C and 425 °C at intervals of 25 °C for 6 hours were carried out. Finally, treatment time was studied at 400 °C for treatment time of 3, 6 and 12 h. In this second step, one side of the sample was subjected to pre-treatment of shot peening in order to study the influence of plastic deformation on the surface of the material, expecting to improve the diffusion of nitrogen and increase the kinetics of treatment by the introduction of defects, these being particularly important for low temperatures. The hardened layers were characterized by optical microscopy, X-ray diffraction and hardness measurements. The results indicate that plastic deformation tends to form thicker and higher hardness nitrided layers, besides accelerating the chromium nitride precipitation process, when compared to samples treated at the same conditions without this pre-treatment.