Sinterização por plasma de aço ABNT 410 LHC em atmosferas contendo carbono

Abstract

Resumo: O presente trabalho apresenta o estudo da sinterização por plasma de aço inoxidável martensítico ABNT 410 LHC em atmosferas contendo carbono e/ou nitrogênio. Objetiva-se determinar as potencialidades de se realizar simultaneamente a sinterização e os tratamentos superficiais de nitretação, cementação e carbonitretação por plasma, os quais são normalmente executados posteriormente à etapa de sinterização, bem como determinar seus respectivos efeitos nas propriedades e características do material tratado. O tratamento em atmosfera contendo nitrogênio, constituindo-se na condição de Sinterização-Nitretação foi realizado na temperatura de 1100 °C, tempo de 60 minutos e fluxo 480 sccm (cm3/minuto). Por sua vez, os tratamentos em atmosferas contendo carbono foram realizados na temperatura de 1100 °C e tempo de 60 minutos, para quatro condições distintas, a saber: a) Sinterização-Carbonitretação na mistura gasosa de 99% (60% N2 + 20% Ar + 20% H2) + 1,0% CH4; b) Sinterização-Cementação na mistura gasosa de 99% (80% Ar + 20% H2) + 1,0% CH4, sob fluxo de 480 sccm; c) Sinterização-Cementação a baixo fluxo, usando-se 120 sccm; e d) Sinterização-Cementação em atmosfera de baixo H2, na mistura de 94% Ar + 5% H2 + 1% CH4. As amostras sinterizadas por plasma foram caracterizadas por Microscopia Ótica (MO), Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV), Análise por Microssonda de Energia Dispersiva de Raios-X (EDS), Difratometria de Raios-X (DRX) e microdureza. Os resultados indicam aumentos de dureza superficial relativamente pequenas na amostra sinterizada quando do uso de atmosferas contendo nitrogênio, comparados aos verificados quando do uso de atmosferas contendo carbono. Por sua vez, o uso de CH4 na atmosfera de sinterização por plasma possibilita a cementação simultânea da amostra durante a sinterização, constituindo-se num potencial ganho do processamento de materiais assistido por plasma quando comparado à técnica de sinterização convencional, na qual o plasma não está presente.

Abstract: This work presents the study of ABNT 410 LHC martensitic stainless steel plasma sintering in atmospheres containing carbon and/or nitrogen, aiming to determine the potential to simultaneously perform the sintering and the nitriding, carburizing and carbonitriding plasma assisted treatments, which are typically carried out after the sintering step, and their effects on the properties and characteristics of the treated materials. The treatment in atmosphere containing nitrogen, comprising the Sintering-Nitriding condition was carried out at 1100°C, time of 60 minutes and gas flow of 480 sccm. The treatments in atmosphere containing carbon were performed at the temperature of 1100 °C, for time of 60 minutes, and four different conditions, namely: a) Sintering-Carbonitriding in the gaseous mixture of 99% (60% N2 + 20% Ar + 20% H2) + 1.0% CH4; b) Sintering-Carburizing in the gas mixture of 99% (80% Ar + 20% H2) + 1.0% CH4, under flow of 480 sccm; c) Sintering-Carburizing in low-flow at 120 sccm; and d) Sintering-Carburizing in low-H2 atmosphere, in the gas mixture of 94% Ar + 5% H2 + 1.0% CH4. The processed samples were characterized by Optical Microscopy (OM), Scanning Electron Microscopy (SEM), Energy Dispersive X-rays Microprobe Analysis (EDS), X-Rays Diffractometry (XRD), and Microhardness. Results indicate relatively slight increase in the surface hardness for samples sintered at atmosphere containing nitrogen. Differently, significant surface hardness increase was observed for samples sintered at atmosphere containing carbon. In turn, the use of CH4 in the atmosphere allows the simultaneous carburizing of the pressed sample during the plasma sintering, thereby constituting a potential gain of the plasma assisted material processing, when confronted with the conventional sintering technique, in which the plasma is not present.