Comportamento à erosão por cavitação do aço inoxidável martensítico AISI 420 cementado por plasma a baixa temperatura

Abstract

Resumo: O presente trabalho investigou o efeito do tratamento de cementação por plasma sobre o comportamento à erosão por cavitação do aço inoxidável martensítico AISI 420. As Amostras do aço AISI 420 foram cementadas a 350, 400, 450 e 500 ºC por 12 h, empregando-se uma mistura gasosa composta por 99,5% da mistura parcial composta por 99,5% da mistura parcial 80% H2+20% Ar e 0,5% CH4, a um fluxo de 1,67 x 10-6 m3s-1 e pressão de 400 Pa. O comportamento à erosão por cavitação do material tratado foi avaliado segundo a norma ASTM G32-10. Para dar suporte às discussões sobre os resultados do ensaio de resistência à erosão por cavitação, as amostras tratadas foram caracterizadas por meio de difração de raios-X e medições de microdureza. A título de comparação, efetuaram-se também as caracterizações supracitadas em amostras do aço AISI 420 não submetidas ao tratamento de cementação (condição de referência - temperada e revenida). A região cavitada foi analisada empregando-se microscopia eletrônica de varredura, de modo a avaliar a evolução dos danos superficiais e caracterizar os mecanismos de falha atuantes. Períodos de incubação nominal de 17,9, 21,4 e 22,6 h foram encontrados para as amostras tratadas a 350, 400 e 450 ºC, respectivamente, em comparação ao período de incubação nominal de 7,8 h apresentado pela condição de referência. As amostras tratadas a 500 ºC, por sua vez, não apresentaram período de incubação. Os resultados obtidos evidenciam uma relação direta entre a dureza e microestrutura da camada cementada com o seu comportamento à erosão por cavitação. Palavras-chave: Cementação assistida por plasma. Aço inoxidável martensítico. Martensita expandida pelo carbono. Resistência à erosão por cavitação.

Abstract: The effect of plasma carburizing treatment on cavitation erosion behavior of AISI 420 martensitic stainless steel was investigated in the present work. Samples of AISI 420 were plasma carburized at temperatures of 350, 400, 450 and 500 ºC for 12 h, using a gas mixture containing 99.5% of the partial mixture composed by 80% H2+20% Ar and 0.5% CH4 under a 1,67 x 10-6 m3s-1 flux rate at 400 Pa of pressure, and exposed to cavitation erosion test, according the ASTM G32-10 standard parameters. For supporting discussions regarding the cavitation erosion resistance test results, the treated samples were characterized by X-ray diffractometry and micro-hardness measurements. In addition, for comparison purposes, the aforementioned characterizations also were performed on the non-treated samples (reference condition - quenched and tempered). The eroded regions were analysed by using scanning electron microscopy for each mentioned condition, in order to evaluate the surface damage evolution, and to characterize the fault mechanisms. It was observed nominal incubation periods of 17.9, 21.4 and 22.6 h for samples treated at 350, 400 and 450 °C temperatures, respectively, compared to the nominal incubation period of 7.8 h presented by the reference condition, besides the absence of an incubation period for samples treated at 500 °C. Additionally, the results obtained evidenced a direct relationship between the hardness and microstructure of the layer formed during carburizing with its cavitation erosion behavior. Keywords: Plasma assisted carburizing. Martensitic stainless steel. Carbon-expanded martensite. Cavitation erosion resistance.