O desgaste é o fator que causa a maior parte das falhas e a redução na vida útil de ferramentas de conformação, além de resultar em produtos com condições superficiais intoleráveis. A crescente demanda da indústria por menores custos, maior produtividade e melhor qualidade estão entre as justificativas para que se busquem maneiras de incrementar o desempenho de matrizes. Neste contexto, o trabalho teve como objetivo avaliar superfícies projetadas para resistência ao desgaste, observando características necessárias para seu uso em ferramentas de conformação a frio. O foco na resistência ao desgaste se deve ao fato que o desgaste é o principal fator nas falhas e redução da vida útil de matrizes. Para isso, fez-se um estudo comparativo de caracterização e comportamento tribológico de diferentes combinações de aço, tratamento superficial e deposição de revestimentos. O estudo abrange os aços AISI H13 e DIN X100CrMoV8-1-1. O tratamento superficial consistiu de nitretação a plasma com microestrutura alvo de camada difusão sem camada de compostos. Foram depositados revestimentos de TiCN e AlCrN pela técnica de deposição física de vapor assistida por plasma. A avaliação foi feita em aços sem tratamento, somente nitretados, somente com deposição de um dos revestimentos ou com tratamento duplex (nitretação a plasma seguida da deposição de revestimento). A avaliação das camadas nitretadas e revestimentos envolveu perfis de microdureza, ultramicrodureza, análise de fases e tensões residuais por difração de raios X, metalografias, obtenção da composição química, perfis de concentração e espessura dos filmes por GDOES e caracterização da rugosidade. O objetivo da nitretação a plasma de conseguir um perfil de alta dureza no topo com diminuição gradual a partir da superfície foi atingido, bem como o de não formar a camada de compostos. O tratamento superficial também causou altas tensões residuais compressivas na superfície, o que é interessante para a proposta deste estudo. A condição do substrato anterior à deposição não teve influência na rugosidade, dureza, módulo de elasticidade e tensões residuais dos revestimentos. Os revestimentos de TiCN apresentaram valores de dureza e tensões residuais compressivas mais elevados que o AlCrN. O comportamento tribológico das superfícies foi avaliado com teste de indentação Rockwell, teste de indentação Vickers e ensaio de desgaste, que também fornece o coeficiente de atrito. Foi buscada a relação entre estes resultados e os obtidos anteriormente na caracterização. A nitretação a plasma foi eficiente em diminuir a taxa de desgaste, e observou-se a resistência ao desgaste muito alta dos revestimentos. O revestimento de TiCN teve o melhor desempenho geral, apresentando as menores taxas de desgaste, integridade física e menor coeficiente de atrito. A utilização de substratos nitretados a plasma é recomendada para fornecer suporte mecânico ao revestimento e por apresentar um menor gradiente de propriedades em relação aos revestimentos. Como verificação dos resultados obtidos em laboratório, foi escolhido o revestimento de melhor desempenho para um teste industrial. O teste consistiu na observação do desgaste de punções de corte sem tratamento, somente nitretados a plasma, somente revestido com TiCN ou com tratamento duplex. O resultado foi de encontro ao que fora observado anteriormente. / Wear is the main cause of die failure and reduction in tool life, and it also results in products with intolerable surface conditions. The industry’s growing demand for lower costs, higher productivity and better quality are among the reasons for researching and developing ways to increase tool’s performance. In this context, the work had the purpose of evaluating surfaces designed for wear resistance, regarding required features for their usage as cold forming tools. The focus on wear resistance was because wear is the main factor in failure and reduction of tool’s life. In order to do that, a comparative study of characterization and tribological behavior was made in several combinations of steel, surface treatment and coatings. The study covers the steels AISI H13 and DIN X100CrMoV8-1-1. The surface treatment consisted of plasma nitriding, the goal was to achieve a diffusion layer without any compound layer. The TiCN and AlCrN coatings were deposited by plasma assisted physical vapour deposition. The evaluation was performed in steels without treatment, only nitrided, only coated with one of the coatings or with duplex treatment (plasma nitriding followed by coating deposition). The nitrided layers and coatings evaluation involved microhardness profiles, ultramicrohardness, phase analysis and residual stresses by x-ray diffraction, metallographies, chemical composition, composition profiles and film thickness by GDOES and roughness characterization. The goal in plasma nitriding of obtaining a profile of high hardness in the surface which decays gradually in the core direction was achieved, as well as the goal of no compound layer formation. The surface treatment also caused high residual compressive stresses in the surface, what is interesting in the scope of this work. In the coatings, no relevant influence of the substrate conditions prior to deposition was observed. The TiCN coatings had higher values of hardness and compressive residual stresses than the AlCrN coatings. The surfaces tribological behavior was evaluated by Rockwell and Vickers indentation tests and wear test, the last one also giving the friction coefficient. The relationship between these results and the ones previously obtained in the characterization was searched. Plasma nitriding was found efficient in decreasing the wear rate, and the superior wear resistance of coatings was observed. The TiCN coating had the best general performance, having the lowest wear rates, physical integrity and the lowest friction coefficient. The use of plasma nitride substrates is recommended to give mechanical support to the coating and for having a smaller properties gradient from the coated surface to the steel core. To verify laboratory results, the best performance coating was chosen for an industrial test. The test consisted of wear observation in cutting punchs with no treatment, only plasma nitride, only TiCN coated or duplex treated. The results corroborated what was previously observed.

Neste trabalho realizaram-se varias nitretações e nitrocarbonetações a plasma em um aço AISI 4140 temperado e revenido, com o objetivo de avaliar a magnitude do parâmetro “composição gasosa” nas propriedades metalúrgicas das camadas formadas após a nitretação. Para a realização deste trabalho foram necessárias adaptações do forno e experimentos prévios para verificar a influência do posicionamento das peças na câmara. Todas as superfícies nitretadas para o estudo das misturas gasosas, foram caracterizadas quanto aos seguintes parâmetros: dureza superficial, perfis de dureza e de composição química, fases formadas nas primeiras regiões da superfície, espessura da camada branca, tenacidade superficial, rugosidade e morfologia topográfica. As amostras provenientes do estudo das variáveis térmicas da câmara foram estudadas quanto à espessura da camada branca e perfis de dureza e composição química. Encontrou-se que as variáveis térmicas são determinantes em termos de alterações no processo e que, cuidados com simetria, devem ser levados em consideração em estudos similares em equipamentos sem aquecimento auxiliar nas paredes. Verificou-se também amplas variações nas propriedades microestruturais das amostras tratadas sob as diferentes misturas gasosas postas em uso e, foi possível sugerir com base nos resultados e na literatura, aplicações para alguns dos casos estudados. / In this work various plasma nitriding and plasma nitrocarburizing treatments with hardened and tempered AISI 4140 steel were carried out. The main aim was evaluating the gas mixture influence on metallurgical properties of plasma nitriding and nitrocarburizing layers. For the realization of this study, furnace adaptations and previous experiments in order to verify the parts position influence on final treatments results were necessary. The samples that were nitrided in previous experiments were characterized concerning of compound layer, hardness and chemical composition profiles. All nitride surfaces, were characterized with the parameters: surface hardness, hardness and chemical composition profiles, phases composition on surface, thickness of compound layer, surface toughness, surface roughness and topographical morphology. It was found that thermal parameters are determinants in order to modify the process. Care must be taken about symmetry with this kind of equipment that have no auxiliary heating wall. Later, large variations on microstructural properties in samples under different gas conditions were verified and applications to some cases were proposed.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais, Florianópolis, 2017. / Made available in DSpace on 2017-10-31T03:19:03Z (GMT). No. of bitstreams: 1 348701.pdf: 1936544 bytes, checksum: 0db6dcf8e065c7748c105a61bbf71cd0 (MD5) Previous issue date: 2017 / A presença de poros em componentes produzidos via Metalurgia do Pó (MP) dificulta a aplicação em situações onde se requer resistência à corrosão. As técnicas de nitretação e nitrocementação vêm sendo utilizadas com o intuito de atribuir aos componentes produzidos via MP melhoras nas propriedades tribológicas e resistência à corrosão. No entanto, sabe-se que a eficiência destes tratamentos superficiais nem sempre apresenta resultados positivos, dependendo das características da porosidade presente na superfície. Muitos estudos têm sido realizados visando melhorar a qualidade das camadas formadas, selecionando parâmetros que resultem em melhoras na resistência à corrosão. Neste trabalho, amostras com diferentes graus de porosidade foram nitretadas e nitrocementadas por plasma com o intuito de avaliar as melhores respostas no desempenho à corrosão. Para obter diferentes graus de porosidade foram processadas amostras com 3 faixas de granulometria de pós. As amostras foram sinterizadas por plasma em atmosfera de (95%Ar-5%H2), a 1150 oC por 1 hora. A nitretação foi também realizada via plasma em atmosfera de (90%N2-10%H2), 570 oC e por 2 horas. A nitrocementação foi realizada em atmosfera de (90%N2?7,5%H2-2,5%CH4), a 570 oC e por 2 horas. Os ensaios eletroquímicos foram realizados com solução de 0,5 M KNO3. Como resultado, observou-se que o tamanho dos poros e a morfologia da camada produzida no tratamento termoquímico exerce grande influência na resistência a corrosão dos aços sinterizados. Os tratamentos de nitretação e nitrocementação atribuíram ao componente sinterizado uma maior resistência a corrosão, que está ligado à espessura e continuidade da camada de compostos. As amostras sinterizadas com menor granulometria e nitrocementadas apresentaram melhores resultados de resistência à corrosão.<br> / Abstract : The presence of pores in the components produced by Powder Metallurgy (MP) makes it difficult to apply them in situations where corrosion resistance is required. The nitriding and nitrocarburising techniques have been used with the aim of assigning MP pieces to the tribological properties and resistance to corrosion. However, it is known that the efficiency of these surface treatments does not always present positive results, depending on the characteristics of the pores present on the surface. Many studies have been carried out aiming at improving the quality of the formed layers, selecting parameters that result in improvements in the resistance to corrosion. In this work, samples with different degrees of porosity were nitrided and nitrocarburised by plasma in order to evaluate the best responses in the corrosion performance. Samples with 3 bands of powder granulometry were processed to obtain different degrees of porosity. The samples were sintered by plasma in atmosphere of (95%Ar-5%H2) at 1150 oC for 1 hour. Nitriding was also performed via plasma in an atmosphere of (90%N2-10%H2), 570 oC and for 2 hours. Nitrocarburization was carried out in an atmosphere of (90%N - 7.5%H2 - 2.5%CH4) at 570 ° C for 2 hours. The electrochemical tests were performed with 0.5M KNO3 solution. As a result, it was observed that the pores size and the morphology of the layer produced in the thermochemical treatment exerts a great influence on the corrosion resistance of the sintered steels. The treatments of nitriding and nitrocarburising gave the sintered component a higher resistance to corrosion, which is related to the thickness and continuity of the layer of compounds. The sintered samples with lower particle size and nitrocarburized showed better corrosion resistance results.

A técnica de oxinitrocarbonetação combina dois processos o de nitretação e de oxidação com a formação sobre a camada de compostos óxidos como a magnetita, hematita e wüstita, buscando aumentar a resistência a corrosão e desgaste devido à camada de nitretos. E em muitas aplicações este processo vem substituindo o processo de cromo duro. O presente trabalho tem como objetivo mostrar a viabilidade técnica de substituir o processo de cromo duro pela oxinitrocarbonetação em componentes hidráulicos. Neste estudo foi utilizado um componente de válvula hidráulica chamado de comando de válvula. Para avaliar seu comportamento realizamos diversos ensaios como difração de raios-X, ensaios de microdureza, análises metalográficas e ensaios de corrosão acelerada, além de testes práticos avaliando o seu funcionamento. Também foram realizados estudos estatísticos, comparando o diâmetro dos comandos de válvula antes e após o processo de oxinitrocarbonetação. Com a utilização do processo oxinitrocarbonetação foi possível viabilizar uma significativa redução nas etapas de usinagem que eram necessárias no processo convencional sem perda de qualidade e desempenho do componente. Isto é, houveram ganhos principalmente do ponto de vista ambiental pela não utilização de processo que contenha o Cr+3. / The techniques of oxi-nitrocarburizing combine two types of nitriding processes and oxidation to produce on the white layer oxides such as hematite, wustite and magnetite to increase the corrosion and wear resistance due to nitride layer. In many applications replace the hard-chrome. The present work aims to show the technical feasibility of replace the hard-chrome with oxi-nitrocarburizing in hydraulic parts. In this study was used an element of the hydraulic system called control valve. To evaluate the performance of control valve was made several tests with x-ray diffraction, micro hardness, metallographic analysis and salt spray as well as practical test. The statistical studies were also conducted to comparing the valve command diameter before and after the oxi-nitrocarburizing process. The use of oxi-nitrocarburizing process promotes a reduction of machining steps that were necessary in the conventional process without loss of quality and performance. Environmentally was obtained gain because this new process does not have Cr+3 in the composition.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais, Florianópolis, 2013. / Made available in DSpace on 2013-12-05T22:49:54Z (GMT). No. of bitstreams: 1 319086.pdf: 11709961 bytes, checksum: 8d5ddd2dfb54053b75a3cea1b8486e92 (MD5) Previous issue date: 2013 / Uma nova técnica para sinterizar materiais a partir do pó foi desenvolvida pelo LabMat-UFSC. Essa técnica baseia-se na tecnologia de plasma DC utilizando descarga luminescente anormal para a sinterização de compactados obtidos via MP (Metalurgia do Pó). Na sinterização a plasma, com o posicionamento das amostras no ânodo (configuração ânodo- cátodo confinado), é possível enriquecer a superfície das mesmas com elementos de liga metálicos, provenientes da composição do cátodo. Esta possibilidade de modificar as características superficiais dos componentes obtidos por MP é fundamental para várias aplicações e desempenho desses componentes. Por exemplo, aumentar a resistência ao desgaste. Neste trabalho, amostras de ferro puro, sinterizadas e enriquecidas superficialmente com molibdênio via plasma DC, foram submetidas ao tratamento termoquímico de nitretação por plasma, modificando as propriedades mecânicas na região superficial das amostras resultando em uma região superficial mais endurecida. A presença de Mo na superfície da amostra leva a formação de microestruturas com diferentes morfologias dependentes da temperatura e do teor de nitrogênio no processo de nitretação. A análise microestrutural detalhada das camadas formadas foi realizada através de MO (Microscopia Ótica), MEV (Microscopia Eletrônica de Varredura), DRX (Difratometria de Raios-X). As distintas características morfológicas e composição das camadas desenvolvidas nas amostras enriquecidas e nitretadas foi especialmente analisada e discutida com base em resultados obtidos via MET (Microscopia Eletrônica de Transmissão). A formação de nitretos mistos ??-(Fe,Mo)4N e e-(Fe,Mo)2-3N, na camada composta das amostras enriquecidas e nitretadas em alto potencial de nitrogênio foi discutido, levando a proposição de um modelo para seu desenvolvimento. Camadas superficiais obtidas após a nitretação sem precipitados visíveis por MO e MEV, mas com elevados valores de dureza, foram analisadas com base na teoria de nucleação e precipitação. Os perfis de microdureza obtidos confirmaram as alterações nas propriedades mecânicas. Este trabalho mostrou que a nitretação de compactados ferrosos enriquecidos superficialmente com Mo, melhora a dureza da camada nitretada, mesmo quando não ocorre a precipitação da camada composta. Valores de microdureza mais elevados foram obtidos nas amostras enriquecidas e nitretadas quando comparado as amostras de Fe puro nitretadas. <br>

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais, Florianópolis, 2016. / Made available in DSpace on 2016-09-20T05:04:33Z (GMT). No. of bitstreams: 1 340636.pdf: 4139989 bytes, checksum: 002f7a77d71e55c530e91bca8eab2109 (MD5) Previous issue date: 2016 / A cementação a plasma tem sido utilizada com o intuito de melhorar a qualidade das propriedades superficiais de diferentes materiais, visto as vantagens desse processo quando comparado aos tratamentos convencionais. Normalmente, os tratamentos de cementação são realizados em altas temperaturas, levando a possíveis perdas nas tolerâncias geométricas das peças. Neste trabalho foram investigados tratamentos individuais de cementação e tratamentos sequenciais de nitretação-cementação a plasma em baixas temperaturas, em amostras de ferro puro produzidas via metalurgia do pó. Os tratamentos de cementação foram realizados a 500 °C em uma atmosfera de 98%H2 + 2%CH4, durante 3 horas. As nitretações, por sua vez, foram realizadas a 500 °C durante 3 horas em três diferentes misturas gasosas: (1%N2 + 99%H2), (10%N2 + 90%H2) e (90%N2 + 9% H2 + 1% CH4), todas seguidas por um tratamento de cementação a plasma. Parâmetros como pressão, fluxo, diferença de potencial (DDP) e tempo de pulso ligado (ton), foram mantidos constantes em todos os tratamentos. A morfologia e as propriedades das camadas cementadas foram avaliadas em função dos diferentes tratamentos de nitretação. A microestrutura das camadas foi avaliada por meio da microscopia óptica (MO) e eletrônica de varredura (MEV). Para a análise de fases foi empregada a difração de raios-x com ângulos rasantes, utilizando 1 e 3° como ângulos de incidência. A caracterização da topografia das camadas foi realizada com o auxílio da técnica de interferometria óptica de luz branca e MEV. E a dureza das camadas foi avaliada através de nanodureza e microdureza Vickers. Os resultados mostram uma influência da mistura gasosa na morfologia, e nas fases das camadas nitretadas. Uma fina camada de cementita foi observada após todos os tratamentos de cementação, tendo seu crescimento e propriedades influenciados pelas diferentes camadas nitretadas. Além disso, o tratamento sequencial de cementação elevou a dureza superficial e aumentou a profundidade de endurecimento das camadas nitretadas.<br> / Abstract: Plasma carburizing has been employed in order to improve surface properties of different materials due the many advantages offered by this process when compared to conventional carburizing techniques. Normally, these treatments are realized at high temperatures, which cause loss of dimensional tolerances. In this work plasma carburizing and plasma nitriding-carburizing of sintered pure iron at low temperatures were investigated. The carburizing treatments were performed at 500 °C for 3 hours in a mixed atmosphere of 98% H2 + 2% CH4. The nitriding treatment were perfomed at 500 °C for 3 hours in three different gas mixture: (1%N2 + 99%H2), (10%N2 + 90%H2) and (90%N2 + 9% H2 + 1% CH4) all followed by a plasma carburizing. Parameters as gas pressure and flow, potencial difference and switched-on time (ton) were kept the same in all treatments. Morphology and properties of the carburized layers have been evaluated as a function of the different nitriding treatments. The layer microstrucutures were evaluated by optical (OM) and scan electron microscopy (SEM). For phase identification, glancing angle x-ray diffraction was conducted, using 1 and 3° as incidence angles. Topography was analysed by white light optical interferometry and SEM. The layers hardness were verified by nanohardness and Vickers microhardness. Results show the influence of the gas mixture to the morphology and phase composition of the nitride compounds layers. Plasma carburizing promotes a formation of a thin and massive cementite layer. The growth and the properties of the carburized layer is influenced by the different nitrided layers. Furthemore, nitriding-carburizing treatments promote harder surface and greater case depth than single nitriding treatment.

Neste trabalho realizaram-se varias nitretações e nitrocarbonetações a plasma em um aço AISI 4140 temperado e revenido, com o objetivo de avaliar a magnitude do parâmetro “composição gasosa” nas propriedades metalúrgicas das camadas formadas após a nitretação. Para a realização deste trabalho foram necessárias adaptações do forno e experimentos prévios para verificar a influência do posicionamento das peças na câmara. Todas as superfícies nitretadas para o estudo das misturas gasosas, foram caracterizadas quanto aos seguintes parâmetros: dureza superficial, perfis de dureza e de composição química, fases formadas nas primeiras regiões da superfície, espessura da camada branca, tenacidade superficial, rugosidade e morfologia topográfica. As amostras provenientes do estudo das variáveis térmicas da câmara foram estudadas quanto à espessura da camada branca e perfis de dureza e composição química. Encontrou-se que as variáveis térmicas são determinantes em termos de alterações no processo e que, cuidados com simetria, devem ser levados em consideração em estudos similares em equipamentos sem aquecimento auxiliar nas paredes. Verificou-se também amplas variações nas propriedades microestruturais das amostras tratadas sob as diferentes misturas gasosas postas em uso e, foi possível sugerir com base nos resultados e na literatura, aplicações para alguns dos casos estudados. / In this work various plasma nitriding and plasma nitrocarburizing treatments with hardened and tempered AISI 4140 steel were carried out. The main aim was evaluating the gas mixture influence on metallurgical properties of plasma nitriding and nitrocarburizing layers. For the realization of this study, furnace adaptations and previous experiments in order to verify the parts position influence on final treatments results were necessary. The samples that were nitrided in previous experiments were characterized concerning of compound layer, hardness and chemical composition profiles. All nitride surfaces, were characterized with the parameters: surface hardness, hardness and chemical composition profiles, phases composition on surface, thickness of compound layer, surface toughness, surface roughness and topographical morphology. It was found that thermal parameters are determinants in order to modify the process. Care must be taken about symmetry with this kind of equipment that have no auxiliary heating wall. Later, large variations on microstructural properties in samples under different gas conditions were verified and applications to some cases were proposed.

O desgaste é o fator que causa a maior parte das falhas e a redução na vida útil de ferramentas de conformação, além de resultar em produtos com condições superficiais intoleráveis. A crescente demanda da indústria por menores custos, maior produtividade e melhor qualidade estão entre as justificativas para que se busquem maneiras de incrementar o desempenho de matrizes. Neste contexto, o trabalho teve como objetivo avaliar superfícies projetadas para resistência ao desgaste, observando características necessárias para seu uso em ferramentas de conformação a frio. O foco na resistência ao desgaste se deve ao fato que o desgaste é o principal fator nas falhas e redução da vida útil de matrizes. Para isso, fez-se um estudo comparativo de caracterização e comportamento tribológico de diferentes combinações de aço, tratamento superficial e deposição de revestimentos. O estudo abrange os aços AISI H13 e DIN X100CrMoV8-1-1. O tratamento superficial consistiu de nitretação a plasma com microestrutura alvo de camada difusão sem camada de compostos. Foram depositados revestimentos de TiCN e AlCrN pela técnica de deposição física de vapor assistida por plasma. A avaliação foi feita em aços sem tratamento, somente nitretados, somente com deposição de um dos revestimentos ou com tratamento duplex (nitretação a plasma seguida da deposição de revestimento). A avaliação das camadas nitretadas e revestimentos envolveu perfis de microdureza, ultramicrodureza, análise de fases e tensões residuais por difração de raios X, metalografias, obtenção da composição química, perfis de concentração e espessura dos filmes por GDOES e caracterização da rugosidade. O objetivo da nitretação a plasma de conseguir um perfil de alta dureza no topo com diminuição gradual a partir da superfície foi atingido, bem como o de não formar a camada de compostos. O tratamento superficial também causou altas tensões residuais compressivas na superfície, o que é interessante para a proposta deste estudo. A condição do substrato anterior à deposição não teve influência na rugosidade, dureza, módulo de elasticidade e tensões residuais dos revestimentos. Os revestimentos de TiCN apresentaram valores de dureza e tensões residuais compressivas mais elevados que o AlCrN. O comportamento tribológico das superfícies foi avaliado com teste de indentação Rockwell, teste de indentação Vickers e ensaio de desgaste, que também fornece o coeficiente de atrito. Foi buscada a relação entre estes resultados e os obtidos anteriormente na caracterização. A nitretação a plasma foi eficiente em diminuir a taxa de desgaste, e observou-se a resistência ao desgaste muito alta dos revestimentos. O revestimento de TiCN teve o melhor desempenho geral, apresentando as menores taxas de desgaste, integridade física e menor coeficiente de atrito. A utilização de substratos nitretados a plasma é recomendada para fornecer suporte mecânico ao revestimento e por apresentar um menor gradiente de propriedades em relação aos revestimentos. Como verificação dos resultados obtidos em laboratório, foi escolhido o revestimento de melhor desempenho para um teste industrial. O teste consistiu na observação do desgaste de punções de corte sem tratamento, somente nitretados a plasma, somente revestido com TiCN ou com tratamento duplex. O resultado foi de encontro ao que fora observado anteriormente. / Wear is the main cause of die failure and reduction in tool life, and it also results in products with intolerable surface conditions. The industry’s growing demand for lower costs, higher productivity and better quality are among the reasons for researching and developing ways to increase tool’s performance. In this context, the work had the purpose of evaluating surfaces designed for wear resistance, regarding required features for their usage as cold forming tools. The focus on wear resistance was because wear is the main factor in failure and reduction of tool’s life. In order to do that, a comparative study of characterization and tribological behavior was made in several combinations of steel, surface treatment and coatings. The study covers the steels AISI H13 and DIN X100CrMoV8-1-1. The surface treatment consisted of plasma nitriding, the goal was to achieve a diffusion layer without any compound layer. The TiCN and AlCrN coatings were deposited by plasma assisted physical vapour deposition. The evaluation was performed in steels without treatment, only nitrided, only coated with one of the coatings or with duplex treatment (plasma nitriding followed by coating deposition). The nitrided layers and coatings evaluation involved microhardness profiles, ultramicrohardness, phase analysis and residual stresses by x-ray diffraction, metallographies, chemical composition, composition profiles and film thickness by GDOES and roughness characterization. The goal in plasma nitriding of obtaining a profile of high hardness in the surface which decays gradually in the core direction was achieved, as well as the goal of no compound layer formation. The surface treatment also caused high residual compressive stresses in the surface, what is interesting in the scope of this work. In the coatings, no relevant influence of the substrate conditions prior to deposition was observed. The TiCN coatings had higher values of hardness and compressive residual stresses than the AlCrN coatings. The surfaces tribological behavior was evaluated by Rockwell and Vickers indentation tests and wear test, the last one also giving the friction coefficient. The relationship between these results and the ones previously obtained in the characterization was searched. Plasma nitriding was found efficient in decreasing the wear rate, and the superior wear resistance of coatings was observed. The TiCN coating had the best general performance, having the lowest wear rates, physical integrity and the lowest friction coefficient. The use of plasma nitride substrates is recommended to give mechanical support to the coating and for having a smaller properties gradient from the coated surface to the steel core. To verify laboratory results, the best performance coating was chosen for an industrial test. The test consisted of wear observation in cutting punchs with no treatment, only plasma nitride, only TiCN coated or duplex treated. The results corroborated what was previously observed.

A técnica de revestimento duplex combina dois processos: o tratamento de nitretação a plasma da superfície e a deposição de uma camada via PVD. O processo de nitretação a plasma sob condições controladas pode produzir a chamada “fase S” sem a presença de nitretos de cromo, o que confere ao aço tratado maior dureza e melhor resistência à corrosão. Os revestimentos de nitreto de titânio melhoram a dureza superficial do material, porém defeitos e poros podem expor o substrato ao meio. Este trabalho consiste no estudo da resistência à corrosão do aço inoxidável austenítico AISI 316L revestido com camada duplex em meio contendo cloretos. As camadas nitretadas a plasma foram obtidas pelo processo de nitretação iônica e os revestimentos Ti/TiN foram obtidos pelo processo de deposição física de vapor assistida por plasma (PAPVD). Os corpos de prova foram inicialmente avaliados por microscopia eletrônica de varredura (MEV) e a composição das fases foi identificada por difração de raios-x (DRX). A dureza foi avaliada por nanoidentação e a rugosidade superficial também foi medida. Os testes de resistência à corrosão foram feitos por voltametria cíclica (VC) e os ensaios de corrosão acelerada em câmara de névoa salina. A amostra nitretada a 400°C por 4 horas e mistura gasosa de 5%N2- 95%H2 apresentou o melhor desempenho de resistência à corrosão em meio contendo cloretos. A resistência à corrosão foi associada à estrutura obtida após o tratamento por nitretação a plasma e deposição física de vapores (PVD).

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Mecânica, 2015. / Submitted by Fernanda Percia França (fernandafranca@bce.unb.br) on 2015-11-25T14:31:50Z No. of bitstreams: 1 2015_PauloHerrera.pdf: 3722179 bytes, checksum: 542183f7a493ee4b39693c8e6dc8f35b (MD5) / Approved for entry into archive by Raquel Viana(raquelviana@bce.unb.br) on 2016-12-21T14:05:22Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2015_PauloHerrera.pdf: 3722179 bytes, checksum: 542183f7a493ee4b39693c8e6dc8f35b (MD5) / Made available in DSpace on 2016-12-21T14:05:22Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2015_PauloHerrera.pdf: 3722179 bytes, checksum: 542183f7a493ee4b39693c8e6dc8f35b (MD5) / Risers são estruturas multicamada compostas por arames metálicos e camadas poliméricas, utilizados no transporte e produção de petróleo. A armadura de pressão é a camada responsável por suportar as cargas radiais de pressões internas do riser, sendo produzida a partir de um arame helicoidal de aço e que possui intertravamento. Devido a parâmetros de projeto, existe a necessidade de o aço utilizado possuir uma certa ductilidade. O intertravamento que confere flexibilidade ao riser é responsável pelo desgaste na armadura de pressão, uma vez que o atrito e o movimento relativo nesta pode ocasionar a aparição de partículas, caracterizando assim um desgaste microabrasivo. O presente trabalho visa estudar o efeito do tratamento criogênico profundo e da nitretação a plasma no desgaste microabrasivo da região de contato da armadura de pressão. Para tanto, foram retiradas amostras diretamente da região de contato de uma armadura de pressão e realizado ensaios de caracterização do material e ensaio de desgaste microabrasivo por esfera rotativa livre. As amostras foram testadas como recebidas, com o tratamento criogênico profundo e com nitretação a plasma realizada a 515 °C por 8, 24 e 48 horas de duração. O material com tratamento criogênico profundo apresentou um perfil de microdureza Vickers e um coeficiente de desgaste muito semelhante ao da amostra como recebida. As amostras nitretadas apresentaram um valor de microdureza próximo à região superficial maior que ao da amostra como recebida (21,8%, 23,2% e 29%), além de apresentar também uma melhora no coeficiente de desgaste na região transiente (29,85%, 28,53% e 29,81%) e permanente (19,18%, 25,19% e 28,09%). / Risers are multilayer structures composed of metallic wires and polymeric layers, used in oil production and transportation. The pressure armor is the layer responsible for supporting the internal radial pressures and is produced from a helical interlocked steel wire. Due to project parameters, the steel used possesses a certain ductility. The interlocking structure which gives flexibility to the riser is also responsible for wear on the pressure armor, with friction and relative motion causing the appearance of particles, resulting in a micro-abrasive wear. The present work aims to study the effect of deep cryogenic treatment and plasma nitriding on the micro-abrasive wear of the contact patch of the pressure armor. Samples were taken directly from the contact region of the pressure armor. Material characterization and the micro-abrasive wear test were performed on a free ball machine. The tests were conducted on the samples as received, with deep cryogenic treatment and with plasma nitriding (at 515 °C for 8, 24 and 48 hours). It was observed that the material with deep cryogenic treatment had a Vickers microhardness profile and wear coefficient very similar to that of the sample without treatment. The nitrided samples showed a higher (21.8%, 23.2% and 29%) microhardness value at the surface region than the sample as received, and also an improvement in wear coefficient in the transient region (29.85%, 28.53% and 29.81%) and permanent region (19,18%, 25,19% and 28,09%).