Tratamento duplo de cromatização em caixa e nitretação por plasma de aços SAE 1015, DIN C45Pb e DIN X40CrMoV5-1 : estudo da viabilidade e da influência da sequência de tratamento

Abstract

Resumo: A proposta deste estudo foi o de fazer uma análise exploratória do impacto da combinação de tratamentos termoquímicos de cromatização e de nitretação sobre as características da superfície dos aços SAE 1015, DIN C45Pb e DIN X40CrMoV5-1,. Os tratamentos duplos utilizaram duas sequências, cromatização seguida de nitretação e nitretação seguida por cromatização. O tratamento de cromatização em caixa utilizou uma mistura de pó consistindo de cromo, cloreto de sódio, cloreto de amônio e alumina, e ocorreu a 1000 ºC por 1 h, e a nitretação por plasma ocorreu por 24,5 h a 470 ºC em mistura de gás 45% N2 + 55% H2, sendo avaliada também a sequência inversa de tratamento. As superfícies foram caracterizadas por microscopia óptica (MO), microscopia eletrônica de varredura (MEV), difração de raios X (DRX), microdureza Vickers (HV), teste de riscamento e resistência à corrosão por névoa salina para tempo de 96 h de exposição. Resultados mostraram que a composição química do substrato tem impacto apenas na primeira etapa do tratamento duplo e que a temperatura do segundo tratamento determina as características finais das superfícies. Assim sendo, nas superfícies nitretadas e cromatizadas os nitretos de ferro formados na etapa de nitretação são substituídos por nitretos de cromo, CrxNy, em consequência da interação do cromo com a superfície nitretada; as transformações no substrato acompanham a temperatura de cromatização (1000 ºC). Nas superfícies cromatizadas e nitretadas, o carbeto Cr7C3 formado na primeira etapa permanece após etapa de nitretação convivendo com os nitretos formado durante a interação do nitrogênio depositado e à superfície enriquecida em cromo, CrxNy. Nesta sequência os parâmetros de nitretação causam uma redução de dureza do substrato de médio teor de carbono (DIN C45Pb e DIN X40CrMoV5-1) responsável pela queda de dureza medida nestas superfícies. Independente da sequência de processamento, tratamentos duplos levam a um aumento da espessura da camada superficial, mas praticamente eliminam a camada de difusão formada na primeira etapa. Um estudo preliminar de resistência à corrosão demonstrou que as superfícies nitretadas e após cromatizadas apresentaram melhor resistência à corrosão por névoa salina. Palavras-chave: tratamento duplex, cromatização em caixa, nitretação por plasma, propriedades de superfície.

Abstract: This study explored the impact of applying combined thermochemical treatments to the characteristics of the surface of SAE 1015, DIN C45Pb and DIN X40CrMoV5-1 steels. Two double treatment sequence were analyzed cromatizing followed by nitriding and nitriding followed by cromatizing. Cromatizing was carried out by pack cementation at 1000 ºC for 1 h using a powder mixture consisting of chromium, sodium chloride, ammonium chloride and alumina. Plasma nitriding for 24,5 h at 470 ºC, used a gas mixture of 45% N2+55% H2. Surfaces were characterized by light microscopy, scanning electron microscopy (SEM), X-ray diffraction (XRD) analysis, Vickers micro-hardness test, scratch test and salt spray up to 96 exposure hours. Results showed that the chemical composition of the substrate steel influences the first treatment of the sequence and that the temperature of the second treatment determines the final features of the surface. Nitrided and cromatized surfaces showed that the iron nitrides form during the first treatment were replaced by chromium nitrides, CrxNy, as a consequence of the interaction of the chromium being deposited and the nitrogen rich surface; phase transformations in the substrate are determined by the cromatizing temperature (1000 ºC). Surfaces exposed to cromatizing followed by nitriding formed the Cr7C3 carbide during the first treatment, which is still present after the second treatment together with Chromium nitrides, CrxNy. This procedure results on a hardness decrease for the medium carbon steels (DIN C45Pb and DIN X40CrMoV5-1) which accounts for the reduction on the measured surface hardness. Regardless of the adopted surface treatment sequence, double treatments increased the surface layer thickness but reduce or even eliminate the diffusion layer. The preliminary study on corrosion resistance showed the nitride and cromatized surfaces to exhibit a better corrosion resistance. Key-words: duplex treatment, pack chromizing, plasma nitriding, surface properties.