Modificações estruturais e mecânicas de superfície pela inserção de nitrogênio e carbono em um aço inoxidável superaustenítico

• Ano de defesa: 2019
• Autor(a) principal: Chuproski, Rafael Fillus
• Orientador(a): Souza, Gelson Biscaia de
• Banca de defesa: Pires, Luiz Fernando , Cardoso, Rodrigo Perito
• Tipo de documento: Dissertação
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Universidade Estadual de Ponta Grossa
• Programa de Pós-Graduação: Programa de Pós-Graduação em Ciências
• Departamento: Departamento de Física
• País: Brasil
• Palavras-chave em Português: Modelamento experimental; austenita expandida; difração de raios X; nanoindentação; espectroscopia Raman; Experimental modeling; expanded austenite; X-ray diffraction; nanoindentation; Raman spectroscopy
• Área do conhecimento CNPq: CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::FISICA
• Link de acesso: http://tede2.uepg.br/jspui/handle/prefix/2845

A inserção de nitrogênio ou carbono na superfície de ligas do sistema Fe-Cr-Ni leva a formação de uma fase expandida e metaestável, com ampla faixa de estequiometrias, supersaturada em nitrogênio (Fase SN) ou carbono (Fase SC). Embora suas vantagens tecnológicas sejam bem conhecidas, o mesmo não se pode dizer de suas propriedades físicas fundamentais. Nessa perspectiva, o aço inoxidável superaustenítico UNS S31254 (AISA) foi utilizado para o estudo de dois aspectos diferentes, mas complementares. Primeiramente, avaliou-se um método que permite controlar a fase SN produzida no AISA pela implantação iônica de nitrogênio por imersão em plasma (PI3). Em segundo lugar, buscou-se o entendimento da dinâmica entre nitrogênio e carbono na estrutura do material para a formação das fases SN e SC. (i) Avaliou-se o parâmetro Epulso/A (densidade superficial de energia de implantação) no controle da formação da fase SN, variando-se as condições de implantação, mas mantendo-se a temperatura em 320 ºC. A espessura das camadas aumentou de 1,1 a 1,9 m com o incremento na tensão aplicada (6,2-10,4 kV) e os valores de Epulso/A; no entanto, a concentração de nitrogênio seguiu a ordem inversa e foi determinante para a resistência à deformação plástica das superfícies. A dureza foi 32% maior para o tratamento a 6,2 kV em relação ao de 10,4 kV. No primeiro caso, a superfície se revelou frágil, e no segundo dúctil, o que se associa às diferentes proporções entre a fase SN e nitretos  e ´ nas camadas. Neste tópico, conclui-se que o parâmetro Epulso/A, em associação à fluência de íons, permite o controle estrutural da superfície modificada do AISA. (ii) Estudou-se as fases SN e SC em tratamentos de nitretação (N) e cementação (CEM) sequenciais, todos realizados em 320 ºC por 3 h, cuidando-se para igualar o tempo de recozimento dos substratos. A inserção de nitrogênio foi obtida por PI3, enquanto a cementação, simultânea para todas as amostras, foi realizada por descarga luminosa. Em ambos os tratamentos, nitretação seguida de cementação (N+C), e, cementação com subsequente nitretação (C+N), uma camada rica em nitrogênio se assentou sobre a região com carbono. Foi notável que Epulso/A, da nitretação, foi determinante para a espessura total das camadas (5 m) em quaisquer dos arranjos. Na N+C, a superfície rica em nitrogênio atuou como barreira parcial à difusão do carbono, que ainda assim promoveu a reestruturação da camada nitretada em uma região mais estreita e mais saturada, com decaimento térmico parcial da fase SN em precipitados  e ´. Na C+N, o carbono deu lugar às camadas nitretadas, estabelecendo-se em regiões profundas no substrato e fornecendo sustentação mecânica para a obtenção dos maiores perfis de dureza deste estudo, com valores de 10,9 GPa na superfície. Esta condição permitiu a maior retenção de carbono e nitrogênio entre todos os tratamentos estudados, incluindo-se a nitrocementação por plasma.