ESTUDO MORFOLÓGICO E CINÉTICO DA NITROCARBONETAÇÃO A BAIXA TEMPERATURA ASSISTIDA POR PLASMA DO AÇO INOXIDÁVEL MARTENSÍTICO AISI 420

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1 7º CONGRESSO BRASILEIRO DE ENGENHARIA DE FABRICAÇÃO 7 th BRAZILIAN CONGRESS ON MANUFACTURING ENGINEERING 15 a 19 de abril de 2013 Penedo, Itatiaia RJ - Brasil April 15 th to 19 th, 2013 Penedo, Itatiaia RJ Brazil ESTUDO MORFOLÓGICO E CINÉTICO DA NITROCARBONETAÇÃO A BAIXA TEMPERATURA ASSISTIDA POR PLASMA DO AÇO INOXIDÁVEL MARTENSÍTICO AISI 420 Cristiano José Scheuer, cristiano.scheuer@ufpr.br Adriano David dos Anjos, adriano_david_anjos@hotmail.com Rodrigo Perito Cardoso, rodrigo.perito@ufpr.br Sílvio Francisco Brunatto, brunatto@ufpr.br Grupo de Tecnologia de Fabricação Assistida por Plasma e Metalurgia do Pó - Departamento de Engenharia Mecânica, Universidade Federal do Paraná, , Curitiba, PR, Brasil Resumo: No presente trabalho, foram estudadas as características morfológicas e cinéticas da aplicação do tratamento de nitrocarbonetação assistida por plasma, visando à modificação das propriedades de superfície do aço inoxidável martensítico AISI 420. Dois ciclos de nitrocarbonetação foram estudados: o primeiro, utilizando um período padrão de tratamento de 4 h, e variando-se a temperatura entre 300, 350, 400 e 450ºC; e o segundo, onde manteve-se a temperatura constante em 400ºC, e variou-se o tempo de tratamento em 2, 4, 6 e 12 h. As amostras tratadas foram caracterizadas por meio de microscopia óptica, difratometria de raios-x, e por medições de microdureza. Por meio dos resultados obtidos, verifica-se que a modificação superficial do aço AISI 420 nas condições avaliadas, conduz à formação de uma camada com morfologia diferenciada ao substrato, sendo a ocorrência de precipitados de nitretos de cromo nos contornos de grão, condicionada às temperaturas elevadas e tempos prolongados de tratamento. A cinética de crescimento da camada nitrocarbonetada obedece a um comportamento exponencial para a variação da temperatura, e linear para a variação do tempo. A energia de ativação para a difusão apresenta valor de 84 kjmol -1, e o coeficiente de difusão de 8, m s -1. Palavras-chave: Nitrocarbonetação por plasma, nitrocarbonetação a baixa temperatura, aço inoxidável AISI 420, cinética da nitrocarbonetação. 1. INTRODUÇÃO Nos últimos anos, a produção de transformados de plásticos atingiu a faixa de 5,19 milhões de toneladas, apresentando uma tendência de crescimento anual. Esse segmento é dividido, basicamente, em: injeção (19%), extrusão (57%) e sopro (16%) (Abiplast, 2009). O processo de moldagem por injeção constitui um método cíclico de transformação de temoplásticos, sendo uma adaptação do processo de fundição de metais. Este consiste no aquecimento e fusão do polímero, homogeneização do material fundido, injeção do extrudado para o interior da cavidade do molde, resfriamento e solidificação do material na cavidade do molde e ejeção da peça moldada. As principais vantagens do processo são: versatilidade, elevada produtividade, baixo custo operacional, fácil automação, etc. (Osswal et al., 2002). Dentro deste segmento industrial, os moldes possuem grande importância na cadeia produtiva das peças injetadas, uma vez que, o custo final do produto é fortemente influenciado pelo custo de fabricação do molde e por sua qualidade (Souza, 2004). Dessa forma, as características do molde podem representar um diferencial competitivo, sendo necessário, dessa maneira, evitar o seu desgaste prematuro, tendo em vista que o aumento da sua vida útil implicará na redução dos custos relativos ao processo. Estima-se que 30% do custo de um produto fabricado pelo processo de injeção deve-se aos gastos com a produção dos moldes (Abiplast, 2009). Deste modo, as propriedades do material a partir do qual o molde é fabricado apresentam elevada importância. Dentre os aços utilizados na sua confecção, podem-se enumerar o: AISI P20, AISI H13 e o AISI 420. Dentre esses, o aço inoxidável AISI 420 destaca-se em função da sua resistência à corrosão (Pereira et al., 2011). Essa característica permite que os moldes fabricados a partir desse material sejam usados na injeção de polímeros altamente corrosivos (clorados), como acetato e PVC. Não obstante as suas propriedades, em função da severidade das condições de trabalho, é necessário que as características de resistência à corrosão e desgaste sejam melhoradas. Para tanto, são empregados tratamentos de modificação de superfície, tais como: tratamentos termoquímicos (nitretação, cementação e nitrocarbonetação), e deposição de revestimentos como CVD (Chemical Vapor Deposition) e PVD (Physical Vapor Deposition).

2 Inserido dentro desse contexto, neste trabalho foram estudadas as características morfológicas e cinéticas da aplicação do tratamento de nitrocarbonetação por plasma na modificação das propriedades de superfície do aço inoxidável martensítico AISI 420, sendo os resultados obtidos descritos e discutidos na sequência. 2. MATERIAIS E MÉTODOS Amostras cilíndricas do aço inoxidável AISI 420 com 10 mm de altura foram obtidas a partir de uma barra cilíndrica de 9,5 mm de diâmetro. Estas amostras foram austenitizadas a 1050ºC durante ½ h e temperadas ao ar. Após o tratamento térmico, as amostras foram lixadas utilizando lixas de carboneto de silício com gramaturas variando entre 120 e 1200 e polidas mecanicamente utilizando um disco de feltro e uma suspensão abrasiva de Al 2 O 3 com partículas de 1 m. Após o preparo as amostras foram limpas em banho de ultrassom com álcool etílico durante 10 minutos, e imediatamente introduzidas na câmara de nitrocarbonetação por plasma. O sistema empregado para a realização dos tratamentos de nitrocarbonetação assistida por plasma é apresentado na Figura 1. O reator é constituído de uma câmara de vácuo cilíndrica de 380 mm de altura por 350 mm de diâmetro, construída em aço inoxidável. Nesse sistema, as amostras foram posicionadas sobre o cátodo e negativamente polarizadas a uma tensão de 600 V, utilizando uma fonte de tensão pulsada de 3,6 kw de potência. A potência transferida ao plasma foi ajustada através da variação do tempo de pulso ligado (t ON ), podendo esse variar entre 10 e 230 s num tempo total de pulso (t ON+OFF ) de 240 s. A temperatura de tratamento das amostras foi mantida constante através do ajuste do t ON, sendo esta medida utilizando um termopar tipo K (chromel-alumel) inserido 8 mm de profundidade dentro do suporte das amostras. 1 Controlador de fluxímetros 2 Fonte de tensão 3 Display digital para leitura da pressão 4 Válvula 5 Manômetro capacitivo 6 Multímetros 7 Tubulação para alimentação dos gases 8 Fluxímetros mássicos 9 Janela de visualização 10 Câmara de vácuo 11 Válvula para regulagem da pressão 12 Manômetros 13 Bomba de vácuo 14 Cilindros de gases Figura 1. Representação esquemática do sistema empregado na realização dos tratamentos de nitrocarbonetação assistida por plasma. Antes do tratamento de nitrocarbonetação, o sistema foi evacuado por meio de uma bomba mecânica de duplo estágio até uma pressão residual de 1,33 Pa. A mistura gasosa foi ajustada por meio de quatro controladores de fluxo de massa, sendo três de 8, Nm 3 s 1 (500 sccm standard cubic centimeter per minute) correspondentes aos controladores de fluxo de H 2, N 2 e Ar e um de 8, Nm 3 s 1 (5 sccm) referente ao controlador de fluxo de CH 4. A

3 pressão na câmara de vácuo foi ajustada utilizando uma válvula manual e medida por meio de um manômetro capacitivo Edwards com faixa de medição de 0 a 1, Pa. Com o objetivo de remover a camada passiva de óxido formada, e ativar a superfície das amostras, anteriormente ao tratamento, as amostras foram bombardeadas sob plasma (sputtering) em uma atmosfera gasosa composta por 80% H % Ar a temperatura de 300ºC, sob uma pressão de 400 Pa durante ½ h. Dois ciclos de nitrocarbonetação foram estudados: o primeiro, utilizando um período padrão de tratamento de 4 h, e variando-se a temperatura entre 300, 350, 400 e 450ºC; e o segundo, onde manteve-se a temperatura constante em 400ºC, e variou-se o tempo de tratamento em 2, 4, 6 e 12 h. Os tratamentos de nitrocarbonetação foram realizados empregando-se uma mistura gasosa composta por 71% N % H % Ar + 1% CH 4 a um fluxo gasoso de 3, Nm 3 s 1 (200 sccm), sob uma pressão constante de 400 Pa. Após o tratamento de nitrocarbonetação, as amostras foram resfriadas em atmosfera controlada composta por H 2 e Ar. As amostras nitrocarbonetadas foram seccionadas transversalmente para realização da análise microestrutural. A superfície da seção transversal de cada amostra tratada foi lixada e polida, com posterior ataque químico utilizando o reagente Villela. Para o exame da seção transversal das amostras foi utilizado um microscópio ótico (Olympus BX51M). As medidas de microdureza foram realizadas nas superfícies tratadas (topo da amostra) e não tratadas (base da amostra não exposta ao plasma) utilizando um microdurômetro marca Shimadzu tipo HMV-2T, aplicando uma carga de 300 gf, com tempo de avaliação de 15 segundos. Adicionalmente, foi realizada análise por difratometria de raios-x usando um difratômetro Shimadzu XRD7000 com radiação CuK, na configuração Bragg-Brentano empregando uma velocidade de varredura de 1 º/min. 3. RESULTADOS E DISCUSSÃO 3.1 Efeito da temperatura na cinética do processo Na Figura 2 (a-d) são apresentadas as micrografias das amostras do aço inoxidável AISI 420 nitrocarbonetadas nas condições estudadas. As camadas obtidas são uniformes ao longo de sua extensão e claramente visíveis. Este resultado é indicativo de que esta apresenta maior resistência à corrosão que o núcleo do material, para o mesmo ataque químico. Esse fato deve-se ao enriquecimento da martensita pela difusão do nitrogênio e carbono e/ou pela formação de compostos resistentes ao ataque, como por exemplo: Fe 3 C e Fe 2-3 N. Também é possível visualizar pelas micrografias a ocorrência de precipitação de nitretos/carbonetos de cromo nos contornos de grão, para os tratamentos realizados às temperaturas de 400 e 450ºC, a qual é evidenciada pela presença das fases escuras ao longo da camada tratada e na camada de difusão (sensitização). Essa suposição está de acordo com os resultados de difração de raios X apresentados na Figura 4. (a) (b) 20 m (c) 20 m (d) 20 m 20 m Figura 2. Microestrutura da seção transversal das amostras tratadas nas temperaturas de: (a) 300, (b) 350, (c) 400 e (d) 450ºC. Tratamentos realizados em períodos de 4 h, empregando uma mistura gasosa contendo

4 Com os valores das espessuras da camada tratada determinou-se a energia de ativação do processo, considerando que a espessura varia com a temperatura de tratamento somente devido à variação do coeficiente de difusão e que este varia de acordo com a lei de Arrhenius. O gráfico gerado (Arrhenius Plot) é apresentado na Figura 3. Através desses dados é possível obter a energia de ativação para a difusão (Q d ) através do coeficiente angular da reta obtida, sendo determinada pela regressão linear dos dados de ln (d) = f (1/T), apresentados na Figura 3. Dessa forma, o valor obtido é de 84 kjmol -1. De acordo com a literatura, para o tratamento de nitretação por plasma do aço AISI 420 a energia de ativação corresponde a 144,3 kjmol -1 (Pinedo e Monteiro 2004) para o tratamento realizado a elevada temperatura, e 60 kjmol -1 (Amaral et.al., 2011) para tratamentos realizados a baixa temperatura. Para a cementação por plasma a baixa temperatura do aço AISI 420, Scheuer et.al. (2013) mostrou que a energia de ativação apresenta o valor de 28,38 kjmol -1. Figura 3. Variação do logaritmo da espessura da camada composta em função do inverso da temperatura absoluta (Arrehnius Plot). Tratamentos realizados em períodos de 4 h, empregando uma mistura gasosa contendo 72% N % H % Ar + 1%, a uma taxa de fluxo de 3, Nm 3 s 1 pressão de 400 Pa e V PICO de 600 V A Figura 4 apresenta a evolução dos padrões de difração de raios-x das amostras tratadas nas diferentes temperaturas de tratamento estudadas. Observar-se que o pico inicial da martensita ( ), para todas as condições de tratamento, apresenta um deslocamento para a esquerda, ou seja, para ângulos menores, associado a uma diminuição em sua intensidade, sugerindo uma expansão do parâmetro de rede ocorrida devido à quantidade de nitrogênio e carbono introduzido em solução sólida na superfície do material. Mudança semelhante foi observada por Li e Bell (2007), para a nitrocarbonetação do aço inoxidável martensítico AISI 410, sendo denotado por martensita expandida ao nitrogênio e carbono ( NC ). Essa expansão também foi verificada por Alphonsa et al. (2002), Amaral et al. (2011), Corengia et al. (2004), Kim et al. (2003) e Xi et al (2008) a,b na nitretação de aços inoxidáveis martensíticos. Outrossim, Scheuer et al. (2011) e Scheuer et al. (2012) a,b, também verificaram mudança semelhante na cementação do aço AISI 420. Verifica-se a ocorrência de precipitados de carboneto de ferro (Fe 3 C) e de nitretos/carbonetos de ferro do tipo (Fe 2-3 N,C). Adicionalmente, verifica-se a ocorrência de picos nitretos de cromo para os tratamentos realizados às temperaturas de 400 e 450ºC, sugerindo que para essas temperaturas, a propriedade de resistência à corrosão do material tenha sofrido dano. A variação da microdureza superficial das amostras nitrocarbonetadas nas diferentes temperaturas de tratamento estudadas assim como, os valores medidos nas suas bases são apresentadas na Figura 5. Comparando-se os valores de microdureza medidos, pode-se observar que esta aumenta em função da temperatura de tratamento no intervalo de 300 à 400ºC, sendo que para a temperatura de 450ºC, há um decréscimo na dureza em comparação com a temperatura de 400ºC. Isso possivelmente está relacionado com a precipitação de nitretos de cromo, uma vez que, esta diminui a quantidade de nitrogênio e carbono retido em solução sólida, reduzindo a tensão residual compressiva na camada tratada e tendo como consequência a redução da dureza superficial do material. Da mesma forma, pode-se observar que a dureza da base diminui com o aumento da temperatura de cementação. Isso está relacionado ao efeito de revenimento do material durante o tratamento termoquímico. Este efeito mostrou-se mais acentuado quanto maior a temperatura de tratamento.

5 Figura 4. Evolução dos difratogramas para as amostras tratadas nas diferentes temperaturas de tratamento estudadas. Tratamentos realizados em períodos de 4 h, empregando uma mistura gasosa contendo Figura 5. Dureza superficial das amostras tratadas nas diferentes temperaturas de tratamento estudadas. Tratamentos realizados em períodos de 4 h, empregando uma mistura gasosa contendo 3.2 Efeito do tempo na cinética do processo As microestruturas obtidas para os tratamentos de nitrocarbonetação realizados a temperatura de 400 C, em períodos de 2,4, 6 e 12 horas, são apresentadas na Figura 6 (a-d). É possível observar através destas micrografias um aumento da espessura da camada com o tempo de tratamento. As amostras nitrocarbonetadas nos períodos de 2, 4, 6 e 12 horas apresentam camadas tratadas com espessuras de 6,3; 12,1; 16,7 e 23,7 m, respectivamente. Também é possível visualizar pelas micrografias a ocorrência de precipitação de nitretos/carbonetos de cromo nos contornos de grão, para os tratamentos realizados nos tempos de 4, 6 e 12 h, a qual é evidenciada pela presença das fases escuras ao

6 longo da camada tratada. Essa suposição está de acordo com os resultados de difração de raios X apresentados na Figura 8. (a) (b) 20 m (c) 20 m (d) 20 m 20 m Figura 6. Microestrutura da seção transversal das amostras tratadas nos tempos de: (a) 2, (b) 4, (c) 6 e (d) 12 h. Tratamentos realizados a temperatura de 400ºC, empregando-se uma mistura gasosa contendo A Figura 7 apresenta a espessura da camada nitrocarbonetada em função da raiz quadrada do tempo do tratamento. Verifica-se uma relação linear entre os pontos, o que, segundo SUN (2005), constitui um comportamento geralmente observado para a maioria das temperaturas e tempos de tratamentos investigados. De acordo com o autor, isso confirma o domínio da difusão atômica sobre o crescimento da camada nitretada. Entretanto, observa-se que a reta não cruza o ponto (0,0), indicando que o tratamento apresenta um período inicial de incubação para a formação da camada. Uma possível explicação para o tempo de incubação seria que o processo de bombardeamento/limpeza não é eficiente na remoção da camada de óxidos da superfície das amostras. Assim, no início do tratamento não ocorre crescimento da camada nitretada enquanto a camada de óxidos não for removida por pulverização catódica. Na Figura 8 são apresentados os espectros de difração de raios-x das amostras nitrocarbonetadas empregando-se diferentes tempos de tratamento. É possível observar que os difratogramas obtidos da série variação do tempo apresentam o mesmo padrão dos difratogramas obtidos na série variação da temperatura de nitrocarbonetação. Ou seja, os picos da fase martensita apresentam um deslocamento para a esquerda, comprovando uma expansão do parâmetro de rede do reticulado cristalino devido à adição de nitrogênio em solução sólida. Verifica-se, também, a ocorrência de precipitados de carboneto de ferro (Fe 3 C) e de nitretos/carbonetos de ferro do tipo (Fe 2-3 N,C). Adicionalmente, verifica-se a ocorrência de picos nitretos de cromo para os tratamentos realizados nos tempos de 4, 6 e 12 h, sugerindo que para essas condições de tratamento, a propriedade de resistência à corrosão do material tenha sofrido dano. A variação da dureza de superfície das amostras nitrocarbonetadas nos tempos de tratamento de 2, 4, 6 e 12 horas, assim como os valores medidos nas suas bases, é apresentada na Figura 9. Verifica-se que a microdureza superficial das amostras cresce com o aumento do tempo de nitrocarbonetação entre o intervalo de 2 a 4 horas de tratamento. Para o intervalo de 4 a 12 horas, verifica-se uma diminuição da dureza de superfície, a qual se deve em função da precipitação de nitretos de cromo, a qual é mais intensa com o incremento do tempo de tratamento, conforme ilustrado através das micrografias apresentadas na Figura 6. Da mesma forma, observa-se que a dureza da base diminui sensivelmente com o aumento do tempo de nitrocabonetação dentro do intervalo estudado. Isso esta relacionado ao efeito de revenimento do material durante o tratamento termoquímico. Este efeito mostrou-se mais acentuado quanto maior o tempo de nitrocarbonetação.

7 Figura 7. Espessura da camada nitrocarbonetada em função da raiz quadrada do tempo de tratamento. Tratamentos realizados a temperatura de 400ºC a uma mistura gasosa contendo Figura 8. Evolução dos difratogramas para as amostras nitrocarbonetadas nos diferentes tempos de tratamento estudados. Tratamentos realizados a temperatura de 400ºC, empregando uma mistura gasosa contendo

8 Figura 9. Dureza superficial das amostras em função da raiz quadrada do tempo de tratamento. Tratamentos realizados a temperatura de 400ºC, empregando uma mistura gasosa contendo 4. CONCLUSÕES Experimentos foram realizados com o objetivo de determinar a influência da temperatura e do tempo na cinética do tratamento de nitrocarbonetação a baixa temperatura assistida por plasma do aço inoxidável AISI 420, e as principais conclusões do trabalho podem ser listados como segue: A nitrocarbonetação a baixa temperatura assistida por plasma pode ser aplicada com sucesso para melhorar a dureza de superfície do aço inoxidável martensítico AISI 420, a qual ocorre devido a formação de uma camada superficial composta por carbonetos de ferro (Fe 3 C) e de nitretos/carbonetos de ferro do tipo (Fe 2-3 N,C), e por uma solução sólida supersaturada de carbono e nitrogênio na matriz martensitica ( NC ); A cinética de crescimento da camada tratada depende da temperatura e do tempo de tratamento. A partir dos resultados obtidos, pode-se concluir que a nitrocarbonetação a baixa temperatura é um processo controlado por difusão. A energia de ativação calculada para o processo apresenta valor de 84 kjmol -1. O aumento da temperatura e do tempo de nitrocarbonetação leva à precipitação de nitretos/carbonetos de cromo na camada tratada, promovendo a redução da dureza de superfície do material. Assim, uma camada livre de precipitação pode ser produzida somente quando for adotada temperatura de tratamento suficientemente baixa, e tempo suficientemente curto. No presente trabalho, foi verificado que para temperaturas inferiores a 350ºC (para tempos de 4 h) e tempos menores que 4 h (para temperatura de 400ºC) uma camada livre de precipitados é obtida. 5. AGRADECIMENTOS Os autores gostariam de agradecem ao Programa Interdisciplinar de Petróleo e Gás Natural da UFPR (PRH24), pelo suporte financeiro a pesquisa que resultou neste trabalho. Os autores também desejam expressar seus agradecimentos ao coordenador do Laboratório de Óptica de raios-x e Instrumentação-LORXI, da Universidade Federal do Paraná - UFPR, Prof. Dr. Irineu Mazzaro pela disponibilização do equipamento de raios-x. 6. REFERÊNCIAS Alphonsa, I., Chainani, A., Raole, P.M., Ganguli, B., John, P.I., 2002, A study of martensitic stainless steel AISI 420 modified using plasma nitriding. Surface and Coatings Technology, Vol. 150, pp Amaral, T.F., Zanetti, F.I., Scheuer, C.J., Brunatto, S.F., Cardoso, R.P., 2011, Influence of previous heat treatment on the AISI 420 steel low temperature nitriding kinetics. Book of abstracts of the X Brazilian MRS Meeting, Gramado, Brasil. Abiplast, 2009 O perfil da Indústria Brasileira de Transformação de Material Plástico Disponível em: Acesso em 16/07/2012.

9 Corengia, P.,Ybarra, G., Moina, C., Cabo, A., Broitman, E., 2004, Microstructure and corrosion behaviour of DCpulsed plasma nitride AISI 410 martensitic stainless steel. Surface & Coatings Technology, Vol. 187, pp Kim, S.K., Yoo, J.S., Priest, J.M., Fewell, M.P., 2003, Characteristics of martensitic stainless steel nitrided in a lowpressure RF plasma. Surface and Coatings Technology, V , p Li, C.X., Bell, T., 2007, A comparative study of low temperature plasma nitriding, carburising and nitrocarburising of AISI 410 martensitic stainless steel. Materials Science and Technology, V. 23, No. 3, p Osswald, T.A., Turng L.S., Gramann, P.J., 2002, Injection Molding Handbook, Ed. Cincinnati: Henser Gardner, Munich, pp Pereira, N.C., Tomoike, E.K., Jardim, S.P., Berkenbrock, E., Becker, S.F., Bond, D., 2011, Avaliação da usinabilidade do aço inoxidável martensítico AISI 420 no estado fornecido e soldado. Anais do 10º Congresso Iberoamericano de Engenharia Mecânica, Porto, Portugal, pp Pinedo, C.E.; Monteiro, W.A., 2004, On the kinetics of plasma nitriding a martensitic stainless steel type AISI 420. Surface and Coatings Technology, V. 179, p Scheuer, C.J., Pereira, R., Cardoso, R.P., Brunatto, R.P., 2011, Low temperature plasma assisted carburizing of AISI 420 martensitic stainless steel: Influence of process parameters on the treated surface properties. Materials Science & Technology Conference & Exhibition (MS&T 2011), 16 th to 20 th October, Columbus, Ohio, pp Scheuer, C.J., Cardoso, R.P., Pereira, R., Mafra, M., Brunatto, S.F., 2012, Low temperature plasma carburizing of martensitic stainless steel. Materials Science and Engineering A, V. 539, p Scheuer, C.J., Cardoso, R.P., Zanetti, F.I., Amaral, T. Brunatto. S.F., 2012, Low-temperature plasma carburizing of AISI 420 martensitic stainless steel: Influence of gas mixture and gas flow rate. Surface & Coatings Technology, V. 206, pp Scheuer, C.J., Cardoso R.P., Mafra M., Brunatto S.F., 2013, AISI 420 martensitic stainless steel low-temperature plasma assisted carburizing kinetics. Surface & Coatings Technology, V. 214, pp Souza, A.F., 2004, Contribuições ao fresamento de geometrias complexas aplicando a tecnologia de usinagem com altas velocidades, São Carlos. Tese de doutorado, Universidade de São Paulo, Sun, Y., 2005, Kinetics of low temperature plasma carburizing of austenitic stainless steels. Journal of Materials Processing Technology, V.168, pp Xi, Y.T.; Liu, D.X.; Han, D., 2008, Improvement of corrosion and wear resistances of AISI 420 martensitic stainless steel using plasma nitriding at low temperature. Surface & Coatings Technology, V. 202, pp Xi, Y.T.; Liu, D.X.; Han, D., 2008, Improvement of mechanical properties of Martensitic stainless steel by plasma nitriding at low temperature. Acta Metall. Sin.(Engl. Lett.),V. 21, No.1, pp DIREITOS AUTORAIS Os autores são os únicos responsáveis pelo conteúdo do material impresso incluído no seu trabalho.

10 7º CONGRESSO BRASILEIRO DE ENGENHARIA DE FABRICAÇÃO 7 th BRAZILIAN CONGRESS ON MANUFACTURING ENGINEERING 15 a 19 de abril de 2013 Penedo, Itatiaia RJ - Brasil April 15 th to 19 th, 2013 Penedo, Itatiaia RJ Brazil MORPHOLOGICAL AND KINETICS STUDY OF AISI 420 MARTENSITIC STAINLESS STEEL LOW TEMPERATURE PLASMA ASSISTED NITROCARBURIZING Cristiano José Scheuer, cristiano.scheuer@ufpr.br 1 Adriano David dos Anjos, adriano_david_anjos@hotmail.com 1 Rodrigo Perito Cardoso, rodrigo.perito@ufpr.br 1 Sílvio Francisco Brunatto, brunatto@ufpr.br 1 1 Grupo de Tecnologia de Fabricação Assistida por Plasma e Metalurgia do Pó - Departamento de Engenharia Mecânica, Universidade Federal do Paraná, , Curitiba, PR, Brasil Abstract: In this work, the morphological and kinetics characteristics of the AISI 420 stainless steel low temperature plasma assisted nitrocarburizing were studied. Two nitrocarburizing cycles were studied: the first using a standard treatment period of 4 h, and varying the temperature between 300, 350, 400 and 450 C; and the second where it remained the temperature constant in 400 C and ranged the treatment time at 2, 4, 6 and 12 h. The treated samples were characterized by optical microscopy, X-ray diffraction, and microhardness measurements. Through the obtained results, it appears that the AISI 420 steel surface modification on the evaluated conditions leads to the formation of a layer with differentiated morphology compared to the substrate, and the chromium nitrides precipitates is conditioned at high temperatures and prolonged treatment periods. The nitrocarbureizing layer growth kinetics follows an exponential behavior to temperature variation, and linear variation with the treatment time. The activation energy for diffusion present value of 84 kjmol -1. Palavras-chave: Nitrocarbonetação por plasma, nitrocarbonetação a baixa temperatura, aço inoxidável AISI 420, cinética da nitrocarbonetação. Keywords: plasma nitrocarburising, low temperature nitrocarburizing, AISI 420 stainless steel, nitrocarburizing.