Influência do tempo e temperatura de nitretação a plasma na microestrutura do aço ferramenta ABNT H13

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1 Influência do tempo e temperatura de nitretação a plasma na microestrutura do aço ferramenta ABNT H13 Leandro J. de Paula Mario Vitor Leite Amilton Sinatora 1

2 SUMÁRIO 1. INTRODUÇÃO 2. OBJETIVO 3. MATERIAIS E MÉTODOSM 4. RESULTADOS 5. CONCLUSÕES 2

3 INTRODUÇÃO Aços Ferramentas para trabalho a quente Características: Elevada dureza; Resistência a abrasão e Corrosão; Alta tenacidade Manutenção de suas propriedades em elevadas temperaturas Aplicações: Ferramentas de corte; Ferramentas de forjamento e matrizes de extrusão; 3

4 INTRODUÇÃO TRATAMENTOS SUPERFICIAIS Tipos Cementação; Tempera superficial; Carbonitretação; Nitretação a plasma; Finalidade Aumento da dureza; Aumento da resistência ao desgaste; 4

5 INTRODUÇÃO Nitretação a Plasma A nitretação a plasma é a técnica na qual se introduz nitrogênio na superfície de um material, com o objetivo de conferir-lhe propriedades específicas SIMON (1995) Estas propriedades devem-se à formação de nitretos na superfície e a difusão de nitrogênio na forma atômica ou combinada para o interior do material. Vantagens Curto tempo de tratamento, baixa temperatura de tratamento, amostras limpas, além de ser menos poluentes ALVES JR. (2002). 5

6 INTRODUÇÃO Nitretação a Plasma Dependendo dos parâmetros do processo de nitretação quando se utiliza um material ferroso, a nitretação pode produzir duas camadas ou zonas superficiais distintas. Camada de compostos Zona de difusão Substrato

7 INTRODUÇÃO Dureza Instrumentada 7

8 INTRODUÇÃO Dureza Instrumentada HV = P max A v dp S = Km( h h ) h max f dh m 1 A v = D 2 2senθ π S D=β 2 Er 8

9 OBJETIVO Estudar, por meio de ensaios laboratoriais, a correlação das variáveis do processo de nitretação (tempo e temperatura) com a dureza sub-superficial do aço ABNT H13 utilizando o ensaio de dureza instrumentada. 9

10 MATERIAIS E MÉTODOS M Aço o Ferramenta ABNT H13 ( Composição química ) Composição química nominal do aço ABNT H13 (ASM METALS HANDBOOK, 1990) COMPOSIÇÃO QUIMICA NOMINAL (%) C Mn Si Cr Mo V 0,32-0,45 0,20-0,50 0,80-1,20 4,75-5,50 1,10-1,75 0,80-1,20 10

11 MATERIAIS E MÉTODOS M Desenho esquemático da amostra Ø 36 mm, espessura 7,0 mm Tempera: 1030 ºC Revenido: duplo 580 ºC / 2 h 11

12 MATERIAIS E MÉTODOS M Parâmetros de Nitretação 20 % de N 2 e 80 % de H 2 Temperatura 400 ºC 1 h 4 h 9 h 16 h 36 h Tempo 4 h 360 ºC 400 ºC 440 ºC 480 ºC 520 ºC 12

13 MATERIAIS E MÉTODOS M Aço o ferramenta ABNT H13 Matriz Martensitica Revenida 200x 500x 13

14 EQUIPAMENTO 14

15 MATERIAIS E MÉTODOSM Condições de ensaio Parâmetros do Ensaio Distância: 10 µm, 20 µm, 30 µm, 40 µm, 50 µm, 80 µm, 110 µm m e 140 µm 15

16 MATERIAIS E MÉTODOSM Medição e análise dos resultados Microscopia Óptica Dureza Vickers 16

17 RESULTADOS 50x 500x 520 ºC / 4 h 17

18 RESULTADOS 50x 500x 400 ºC / 4 h 18

19 RESULTADOS DE DUREZA INSTRUMENTADA (HV) 1h 4h 9h 16h 36h Dureza HV [GPa] Distância [um] 19

20 RESULTADOS DE DUREZA INSTRUMENTADA (HV) 360ºC 440ºC 480ºC 520ºC Dureza HV [GPa] Distância [um] 20

21 CONCLUSÕES Somente na amostra nitretada a 520 ºC C por 4h foi possível avaliar o efeito do tratamento de nitretação a plasma por meio de microscopia óptica. Por outro lado, as demais condições de nitretação estudadas, apesar de não possuírem camada identificada por microscopia óptica, houve endurecimento, pois a dureza da sub- superfície é superior a 10% do valor do substrato. As variáveis veis do processo de nitretação (tempo e temperatura) podem ser correlacionadas com o endurecimento da sub-superf superfície do aço a o ferramenta ABNT H13 da seguinte forma: quanto maior o tempo e temperatura de nitretação a plasma maior a profundidade e a dureza da camada nitretada. 21

22 CONCLUSÕES Na amostra nitretada a 400 ºC C por 1 h e 4 h a espessura da camada nitretada é de aproximadamente 20 mm. Para aquelas nitretadas por 9 h, 16 h e 36 h a espessura foi de aproximadamente 50 mm. Para as amostras nitretadas com tempo fixo de 4 h e variando a temperatura em 360 ºC, 440 ºC, 480 ºC C e 520ºC, quanto maior a temperatura maior o valor da camada nitretada, onde o menor valor de 20 mm foi para as amostras nitretadas a 360 ºC C e 440 ºC C e o maior valor foi 80 mm para a amostra nitretada a 520 ºC C por 4 h. 22

23 TRABALHOS FUTUROS Alterar tempo de creep. 23

24 AGRADECIMENTO Os autores agradecem ao Professor Dr. Carlos Figueroa, da Universidade de Caxias do Sul, pelo tratamento de nitretação a plasma realizado no Instituto de Física Gleb Wataghin da Universidade Estadual de Campinas. 24

25 REFERÊNCIAS Alves, Jr. C., Nitretação a Plasma: Fundamentos e Aplicações, Ed. UFRN, Natal, ASM American Society for Metals. Metals Handbook, 10th, Metals Park, Ohio, v. 1, SIMON, Gabriel. Aços nitretados a plasma. Porto Alegre, Dissertação (Mestrado em Ciências) - Instituto de Física, Universidade Federal do Rio Grande do Sul. 25

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