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.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia dos Materiais. / Made available in DSpace on 2012-10-20T14:02:01Z (GMT). No. of bitstreams: 1 194108.pdf: 5194569 bytes, checksum: 4eaa2507dda4c6c06aff425b25dd5e8f (MD5)

A produção de superfícies funcionais sobre componentes, para a obtenção de melhores resistências ao desgaste, à corrosão e à fadiga constitui-se num persistente desafio tecnológico. Os processos termoquímicos de nitretação e nitrocementação por plasma são técnicas de engenharia de superfície usadas para aumentar a dureza superficial e resistência ao desgaste de aços inoxidáveis, sem deteriorar suas resistências à corrosão. O presente trabalho teve como objetivo a avaliação da influência das temperaturas de nitretação e nitrocementação por plasma na estrutura das camadas produzidas nos aços inoxidáveis UNS S31603 (austenítico), S31254 (superaustenítico) e S41425 (supermartensítico) e seus desempenhos quanto ao desgaste, à corrosão e à fadiga. Verificou-se que os tratamentos produziram camadas homogêneas e contínuas, sendo mais espessas, para os aços UNS S31603 e S31254 nitrocementados, e para o aço UNS S41425 nitretado, em uma dada temperatura. As microdurezas das camadas cresceram com o aumento da temperatura, para ambos os tratamentos e para os três aços estudados. A difração de raios X indicou que as fases expandidas, fase-S ou &alpha;\'N, foram obtidas nas temperaturas de tratamento mais baixas (400 e 450ºC). O aumento na temperatura de tratamento promoveu a formação de carbonetos e/ou nitretos, para a nitrocementação e nitretação, respectivamente. Para os aços UNS S31603 e S31254, isto ocorreu devido a decomposição da fase-S, em uma microestrutura tipicamente lamelar composta por ferrita e nitretos de cromo. Já no caso do aço UNS S41425, o aumento na temperatura de tratamento proporcionou um aumento na quantidade de carbonetos e/ou nitretos. Tal aumento na temperatura de tratamento também promoveu um decréscimo nas resistências ao desgaste das camadas dos aços UNS S31603 e S31254. A resistência ao desgaste aumentou com a temperatura de tratamento, para o aço UNS S41425, para ambos os tratamentos. A resistência à corrosão em solução de NaCl diminuiu com o aumento da temperatura de tratamento, para os três aços estudados, devido a presença dos carbonetos e/ou nitretos. Os ensaios de fadiga de contato indicaram que nos aços UNS S31603 e S31254 o aumento na temperatura de tratamento não causou mudanças significativas nas tensões de ruptura das camadas. No aço UNS S41425, tal tensão diminuiu com o aumento da temperatura. / The production of functional surfaces on engineering components, in order to obtain improved wear, corrosion and fatigue resistance is a persistent technological challenge. The plasma nitriding and nitrocarburizing thermochemical processes are surface engineering techniques used to improve surface hardness and wear resistance of stainless steels, without compromising its corrosion resistance. The main goal of this study is to evaluate the influence of plasma nitriding and nitrocarburizing temperature on the structure of the layers produced on UNS S31603 (austenitic), S31254 (superaustenitic) and S41425 (supermartensitic) stainless steels and in addition their wear, corrosion and fatigue performance. It was found that both treatments produced homogeneous and continuous layers. Of all the samples in this work, the nitrocarburized UNS S31603 and S31254 steels and the nitrided UNS S41425 steel presented the thickest layers at a given temperature. Regardless of the treatment used, the microhardness of the layers increased with the raising of the temperature for all the samples. The X-ray diffraction indicated that expanded phases, either S-phase or &alpha;\'N, were obtained at lower treatment temperatures (400 and 450°C). The increase in treatment temperature promoted the formation of carbides and/or nitrides for nitrocarburizing and nitriding, respectively. For the samples of UNS S31603 and S31254 steels, this occurred due to the decomposition of S-phase in a typical lamellar microstructure consisting of ferrite and chromium nitride. In the case of UNS S41425 steel, the increase in treatment temperature caused an increase on the amount of carbides and/or nitrides. This increase in treatment temperature also promoted a decrease of the wear resistance for the layers produced on the UNS S31603 and S31254 steels samples. On the other hand, the wear resistance increased with treatment temperature for the UNS S41425 steel for both treatments. The corrosion resistance in NaCl solution decreased with increasing treatment temperature for all the samples, due to the presence of carbides and/or nitrides. The contact fatigue tests on UNS S31603 and S31254 steels indicated that an increase on treatment temperature did not cause significant changes on rupture stress of the layers. In UNS S41425 steel, such critical stress decreased with increasing temperature.

A produção de superfícies funcionais sobre componentes, para a obtenção de melhores resistências ao desgaste, à corrosão e à fadiga constitui-se num persistente desafio tecnológico. Os processos termoquímicos de nitretação e nitrocementação por plasma são técnicas de engenharia de superfície usadas para aumentar a dureza superficial e resistência ao desgaste de aços inoxidáveis, sem deteriorar suas resistências à corrosão. O presente trabalho teve como objetivo a avaliação da influência das temperaturas de nitretação e nitrocementação por plasma na estrutura das camadas produzidas nos aços inoxidáveis UNS S31603 (austenítico), S31254 (superaustenítico) e S41425 (supermartensítico) e seus desempenhos quanto ao desgaste, à corrosão e à fadiga. Verificou-se que os tratamentos produziram camadas homogêneas e contínuas, sendo mais espessas, para os aços UNS S31603 e S31254 nitrocementados, e para o aço UNS S41425 nitretado, em uma dada temperatura. As microdurezas das camadas cresceram com o aumento da temperatura, para ambos os tratamentos e para os três aços estudados. A difração de raios X indicou que as fases expandidas, fase-S ou &alpha;\'N, foram obtidas nas temperaturas de tratamento mais baixas (400 e 450ºC). O aumento na temperatura de tratamento promoveu a formação de carbonetos e/ou nitretos, para a nitrocementação e nitretação, respectivamente. Para os aços UNS S31603 e S31254, isto ocorreu devido a decomposição da fase-S, em uma microestrutura tipicamente lamelar composta por ferrita e nitretos de cromo. Já no caso do aço UNS S41425, o aumento na temperatura de tratamento proporcionou um aumento na quantidade de carbonetos e/ou nitretos. Tal aumento na temperatura de tratamento também promoveu um decréscimo nas resistências ao desgaste das camadas dos aços UNS S31603 e S31254. A resistência ao desgaste aumentou com a temperatura de tratamento, para o aço UNS S41425, para ambos os tratamentos. A resistência à corrosão em solução de NaCl diminuiu com o aumento da temperatura de tratamento, para os três aços estudados, devido a presença dos carbonetos e/ou nitretos. Os ensaios de fadiga de contato indicaram que nos aços UNS S31603 e S31254 o aumento na temperatura de tratamento não causou mudanças significativas nas tensões de ruptura das camadas. No aço UNS S41425, tal tensão diminuiu com o aumento da temperatura. / The production of functional surfaces on engineering components, in order to obtain improved wear, corrosion and fatigue resistance is a persistent technological challenge. The plasma nitriding and nitrocarburizing thermochemical processes are surface engineering techniques used to improve surface hardness and wear resistance of stainless steels, without compromising its corrosion resistance. The main goal of this study is to evaluate the influence of plasma nitriding and nitrocarburizing temperature on the structure of the layers produced on UNS S31603 (austenitic), S31254 (superaustenitic) and S41425 (supermartensitic) stainless steels and in addition their wear, corrosion and fatigue performance. It was found that both treatments produced homogeneous and continuous layers. Of all the samples in this work, the nitrocarburized UNS S31603 and S31254 steels and the nitrided UNS S41425 steel presented the thickest layers at a given temperature. Regardless of the treatment used, the microhardness of the layers increased with the raising of the temperature for all the samples. The X-ray diffraction indicated that expanded phases, either S-phase or &alpha;\'N, were obtained at lower treatment temperatures (400 and 450°C). The increase in treatment temperature promoted the formation of carbides and/or nitrides for nitrocarburizing and nitriding, respectively. For the samples of UNS S31603 and S31254 steels, this occurred due to the decomposition of S-phase in a typical lamellar microstructure consisting of ferrite and chromium nitride. In the case of UNS S41425 steel, the increase in treatment temperature caused an increase on the amount of carbides and/or nitrides. This increase in treatment temperature also promoted a decrease of the wear resistance for the layers produced on the UNS S31603 and S31254 steels samples. On the other hand, the wear resistance increased with treatment temperature for the UNS S41425 steel for both treatments. The corrosion resistance in NaCl solution decreased with increasing treatment temperature for all the samples, due to the presence of carbides and/or nitrides. The contact fatigue tests on UNS S31603 and S31254 steels indicated that an increase on treatment temperature did not cause significant changes on rupture stress of the layers. In UNS S41425 steel, such critical stress decreased with increasing temperature.

As ligas do sistema Fe-Mn-Al-C constituem-se numa das famílias mais promissoras para o atendimento dos requisitos crescentes de disponibilidade de aços com altas relações resistência/peso, principalmente nas indústrias de transporte aeronáutica e automotiva, visando a redução no consumo de combustível e a consequente emissão de CO2. Suas densidades, cerca de 10% a 13% inferiores aos dos aços convencionais e a possibilidade de aumento de resistência mecânica por tratamentos de endurecimento pela precipitação de carboneto k (Fe,Mn)Al3C possibilitam a obtenção de elevadas resistências específicas. O uso de técnicas da Engenharia de Superfícies, associadas aos tratamentos térmicos adequados, podem ampliar a faixa de desempenho dessas ligas. Neste trabalho foram realizados tratamentos termoquímicos de boretação em sais fundidos, nitrocementação a plasma e cromização por pó em amostras de um aço com a composição Fe-31,2Mn-7,5Al-1,3Si-0,9C (% em peso), visando à obtenção de camadas de elevados desempenhos mecânicos e físicos. As camadas produzidas foram caracterizadas por meio de ensaios micrográficos, de dureza, desgaste e corrosão. Todos os tipos de tratamentos produziram camadas com resistências ao desgaste muito superiores às do substrato, com destaque para os tratamentos de boretação e de cromização, que produziram camadas com resistências ao desgaste cerca de nove e seis vezes superiores às do substrato, respectivamente. O tratamento de cromização produziu camada com resistência à corrosão por pites muito superior à do substrato. / The alloys of the Fe-Mn-Al-C system belong to one of the most promising families to meet the increasing requirements of availability of steels with high resistance/weight ratio, particularly in the aeronautics and automotive industries, aimed at reducing the consumption of fuel and consequent CO2 emissions. Their densities, between 10% to 13% lower than those of conventional steels, and the possibility of increased strength by hardening treatment by the precipitation of k carbides (Fe, Mn)Al3C, allow to obtain high specific resistance. The use of techniques of surface engineering, attached to suitable heat treatment, can extend the performance range of these alloys. In this work were carried out thermochemical boriding treatment in molten salts, plasma nitrocarburizing and pack chromizing in a Fe-31,2Mn 7,5Al-1,3Si-0,9C(wt%) steel, in order to obtain coatings with high mechanical and physical performances. The layers produced were characterized using micrographic, hardness, wear and corrosion tests. All treatments produced layers with wear resistance superior to that the substrate, especially the boriding and chromizing treatments, which produced layers with wear resistance around nine and six times higher than that of substrate, respectively. The chromizing treatment produced layer with pitting corrosion resistance superior to that of the substrate.

As ligas do sistema Fe-Mn-Al-C constituem-se numa das famílias mais promissoras para o atendimento dos requisitos crescentes de disponibilidade de aços com altas relações resistência/peso, principalmente nas indústrias de transporte aeronáutica e automotiva, visando a redução no consumo de combustível e a consequente emissão de CO2. Suas densidades, cerca de 10% a 13% inferiores aos dos aços convencionais e a possibilidade de aumento de resistência mecânica por tratamentos de endurecimento pela precipitação de carboneto k (Fe,Mn)Al3C possibilitam a obtenção de elevadas resistências específicas. O uso de técnicas da Engenharia de Superfícies, associadas aos tratamentos térmicos adequados, podem ampliar a faixa de desempenho dessas ligas. Neste trabalho foram realizados tratamentos termoquímicos de boretação em sais fundidos, nitrocementação a plasma e cromização por pó em amostras de um aço com a composição Fe-31,2Mn-7,5Al-1,3Si-0,9C (% em peso), visando à obtenção de camadas de elevados desempenhos mecânicos e físicos. As camadas produzidas foram caracterizadas por meio de ensaios micrográficos, de dureza, desgaste e corrosão. Todos os tipos de tratamentos produziram camadas com resistências ao desgaste muito superiores às do substrato, com destaque para os tratamentos de boretação e de cromização, que produziram camadas com resistências ao desgaste cerca de nove e seis vezes superiores às do substrato, respectivamente. O tratamento de cromização produziu camada com resistência à corrosão por pites muito superior à do substrato. / The alloys of the Fe-Mn-Al-C system belong to one of the most promising families to meet the increasing requirements of availability of steels with high resistance/weight ratio, particularly in the aeronautics and automotive industries, aimed at reducing the consumption of fuel and consequent CO2 emissions. Their densities, between 10% to 13% lower than those of conventional steels, and the possibility of increased strength by hardening treatment by the precipitation of k carbides (Fe, Mn)Al3C, allow to obtain high specific resistance. The use of techniques of surface engineering, attached to suitable heat treatment, can extend the performance range of these alloys. In this work were carried out thermochemical boriding treatment in molten salts, plasma nitrocarburizing and pack chromizing in a Fe-31,2Mn 7,5Al-1,3Si-0,9C(wt%) steel, in order to obtain coatings with high mechanical and physical performances. The layers produced were characterized using micrographic, hardness, wear and corrosion tests. All treatments produced layers with wear resistance superior to that the substrate, especially the boriding and chromizing treatments, which produced layers with wear resistance around nine and six times higher than that of substrate, respectively. The chromizing treatment produced layer with pitting corrosion resistance superior to that of the substrate.