Este trabalho tem por objetivo avaliar a influência dos parâmetros pressão, freqüência e fator de trabalho, bem como a interação destes fatores, na capacidade de gerar plasma estável e com propriedades nitretantes no interior de furos não passantes de pequeno diâmetro. Para atingir estes objetivos foram realizados experimentos utilizando um reator equipado com fonte de potência pulsada de 2 KW, mistura gasosa composta de 76% de Nitrogênio e 24% de Hidrogênio, amostras de aço ABNT 1045 normalizadas. As nitretações foram realizadas pelo período de uma hora a temperatura de 500 0C. Foram empregadas freqüências de 100, 1000 e 5000 Hz, fatores de trabalho de 0,5 (50%), 0,75 (75%), 1 (100%), as pressões utilizadas foram de 2, 3 e 4 Torr e furos não passantes de φ3 x 40 mm, φ4 x 60 mm, φ5 x 75 mm. Para determinar a significância de cada parâmetro e de suas interações foi utilizado o modelo estatístico Multi-Factor Anova, com projeto fatorial cruzado a 3 fatores e 3 níveis para cada fator. Com o uso do programa Statgraphics foram geradas as equações que mais se ajustaram ao modelo. Estas equações determinam a máxima profundidade de geração de plasma nitretante no interior dos furos de pequeno diâmetro para as condições de tratamento expostas acima.

Este trabalho tem por objetivo avaliar a influência dos parâmetros pressão, freqüência e fator de trabalho, bem como a interação destes fatores, na capacidade de gerar plasma estável e com propriedades nitretantes no interior de furos não passantes de pequeno diâmetro. Para atingir estes objetivos foram realizados experimentos utilizando um reator equipado com fonte de potência pulsada de 2 KW, mistura gasosa composta de 76% de Nitrogênio e 24% de Hidrogênio, amostras de aço ABNT 1045 normalizadas. As nitretações foram realizadas pelo período de uma hora a temperatura de 500 0C. Foram empregadas freqüências de 100, 1000 e 5000 Hz, fatores de trabalho de 0,5 (50%), 0,75 (75%), 1 (100%), as pressões utilizadas foram de 2, 3 e 4 Torr e furos não passantes de φ3 x 40 mm, φ4 x 60 mm, φ5 x 75 mm. Para determinar a significância de cada parâmetro e de suas interações foi utilizado o modelo estatístico Multi-Factor Anova, com projeto fatorial cruzado a 3 fatores e 3 níveis para cada fator. Com o uso do programa Statgraphics foram geradas as equações que mais se ajustaram ao modelo. Estas equações determinam a máxima profundidade de geração de plasma nitretante no interior dos furos de pequeno diâmetro para as condições de tratamento expostas acima.

Este trabalho tem por objetivo avaliar a influência dos parâmetros pressão, freqüência e fator de trabalho, bem como a interação destes fatores, na capacidade de gerar plasma estável e com propriedades nitretantes no interior de furos não passantes de pequeno diâmetro. Para atingir estes objetivos foram realizados experimentos utilizando um reator equipado com fonte de potência pulsada de 2 KW, mistura gasosa composta de 76% de Nitrogênio e 24% de Hidrogênio, amostras de aço ABNT 1045 normalizadas. As nitretações foram realizadas pelo período de uma hora a temperatura de 500 0C. Foram empregadas freqüências de 100, 1000 e 5000 Hz, fatores de trabalho de 0,5 (50%), 0,75 (75%), 1 (100%), as pressões utilizadas foram de 2, 3 e 4 Torr e furos não passantes de φ3 x 40 mm, φ4 x 60 mm, φ5 x 75 mm. Para determinar a significância de cada parâmetro e de suas interações foi utilizado o modelo estatístico Multi-Factor Anova, com projeto fatorial cruzado a 3 fatores e 3 níveis para cada fator. Com o uso do programa Statgraphics foram geradas as equações que mais se ajustaram ao modelo. Estas equações determinam a máxima profundidade de geração de plasma nitretante no interior dos furos de pequeno diâmetro para as condições de tratamento expostas acima.

O presente trabalho apresenta um estudo do processo de nitretação iônica de aços rápidos, como método de tratamento superficial para o aumento da resistência ao desgaste de ferramentas de corte. Utilizando-se os equipamentos de nitretação iônica em desenvolvimento no laboratório de Metalurgia Física da UFRGS foram nitretados corpos de prova do aço rápido AlSI M2 variando-se diversos parâmetros do processo. As amostras foram caracterizadas quanto a morfologia das camadas formadas, profundidade, perfil de microdureza e microdureza superficial. Foram avaliadas condições de tratamento quanto ao aumento da resistência à erosão e testadas ferramentas de corte de aço rápido em serviço. As técnicas de análise empregadas incluíram ensaio de microdureza, ensaio de erosão, metalografia (utilizando-se de microscopia ótica e eletrônica de varredura) e acompanhamento da produtividade de ferramentas na indústria. Discutiu-se neste trabalho o crescimento da camada nitretada em aços rápidos com a variação da composição da mistura de gases e temperatura da peça, as características das camadas formadas e a aplicabilidade do processo a ferramentas de corte. Além disso, os experimentos serviram para auxiliar no desenvolvimento dos equipamentos de nitretação iônica, de técnicas de controle do processo e de procedimentos de análise. / In this work the possibility of applying plasma nitriding to high-speed tool steels was investigated as a technique for improving wear resistance of cutting tools. Using the facilities developed at the Laboratório de Metalúrgia Física - UFRGS, samples of AISI M2 high-speed steel were nitrided under several different conditions. The sarnples produced were characterized with respect to the morphology of the nitrided layers, hardness and wear resistance. The analysis techniques used were: metallography (optical and scanrung electron microscopy-SEM), microhardness (determination of superficial hardness and microhardness pro file of the cross section o f the layers), erosion tests, and, as some tools were nitrided, their performance was evaluated under working conditions in the industry. The effect of variantion of the process parameters on composition and depth of the nitrided layers and the applicability of the plasma nitriding process to cutting tools were discussed. Additionally, the experiments done were very important on the development of the plasma nitriding equipment at UFRGS.

No presente trabalho foram geradas diferentes condições superficiais em amostras e brocas do aço rápido AISI M2 através de polimento, lixamento e jateamento das superfícies. As amostras e brocas foram nitretadas a plasma variando-se a temperatura, para duas diferentes composições da mistura gasosa: 5%vol. N2 e 76% vol. N2 em hidrogênio. As superfícies (não nitretadas e nitretadas) foram caracterizadas quanto a microestrutura, rugosidade, microdureza, composição química, composição ele fases e o estado ele tensões residuais. Embora algumas análises tenham sido realizadas nas brocas, a maior parte delas foi feita nas amostras cilíndricas tendo-se em vista a geometria complexa das ferramentas que dificulta a caracterização direta. Algumas ferramentas nitretadas a plasma foram testadas em ambiente de produção e as brocas foram submetidas a ensaios de usinagem. Durante os ensaios de usinagem com brocas os esforços de corte e o desgaste de flanco foram avaliados. A mistura gasosa pobre em nitrogênio evitou a formação da zona de compostos e, com o emprego da mistura gasosa rica em nitrogênio foi formada uma zona de compostos de (carbo)nitretos e-Fe2.3(C)N na superfície das amostras. Foram medidas altas tensões residuais compressivas na zona de difusão de amostras nitretadas, mostrando um aumento com o aumento da temperatura de nitretação a plasma para o caso de amostras polidas. Uma significativa influência do estado superficial antes da nitretação nas propriedades finais obtidas foi encontrada e seus principais aspectos discutidos: menores profundidades de camada em amostras lixadas e jateadas quando comparadas a amostras polidas foram atribuídas as altas tensões residuais compressivas presentes na superfície e logo abaixo da superfície antes da nitretação, especialmente para o caso de amostras jateadas. Testes com ferramentas em ambiente industrial de produção demostraram possibilidades de ganho de vida significativos com a nitretação a plasma. Em ensaios de laboratório as brocas submetidas ao jateamento apresentaram o melhor comportamento, o que foi explicado principalmente pela remoção de material recalcado sobre os gumes e a introdução de tensões residuais compressivas. Juntamente com o jateamento prévio a utilização da mistura gasosa pobre em nitrogênio na nitretação a plasma levou aos menores valores ele desgaste de flanco, enquanto a mistura rica em nitrogênio reduziu os esforços de furação. / In the present work different surface conditions were generated on samples and drills of AISI M2 high speed steel by polishing and sand blasting processes. Samples and drills were plasma nitrided at different temperatures with two different compositions of the gas mixture: 5vol.% N2 and 76vol.% N2 in hydrogen. Surfaces of non-nitrided and nitrided samples were characterized concerning the microstructure, roughness, microhardness, chemical composition, phase composition and the state of residual stresses. Even though some of the analyses were carried on drills, most part of them were carried on samples since tools possess a complex shape which difficults the direct characterization. Some plasma nitrided tools were tested in industrial production and the drills submitted to machining tests. During machining tests the drilling forces and flank wear were evaluated. The gas mixture of 5vol% N2 avoided the compound layer formation during plasma nitriding. It was found a E-(carbo)nitride layer on top of samples plasma nitrided with the use of 76vol.% N2 gas mixture. High compressive residual stresses were measured on samples surface in diffusion zone, which increased with nitriding temperature for polished samples. A significant influence of the surface state prior nitriding on final properties was found and their main aspects discussed: thioner nitrided layers on ground and sand blasted samples were attributed to high compressive residual stresses on surface and near surface areas before nitriding, specially for the case of sand blasted samples. The industrial production tests demonstrated good possibilities of tool-life improvement by the application of plasma nitriding. In the machining tests with drills, the plasma nitrided drills which were sand blasted before showed the best behavior, which was explained by the removal of overlapped material from cutting edges and introduction of compressive residual stresses. Associated to prior sand blasting the lower nitrogen concentration in the gas atmosphere gave the smallest drill flank wear while the higher nitrogen concentration gave a reduction of drilling forces.

Este trabalho tem por objetivo otimizar os parâmetros de nitretação a plasma para a formação de camadas nitretadas com propriedades tribológicas adequadas para a utilização em ponteiras de conexão utilizadas em “risers” de completação de poços de petróleo. Para atingir este objetivo, amostras de aço inoxidável endurecível por precipitação 17-4 PH foram nitretadas a plasma em um reator com mistura gasosa de 76%N2 e 24%H2 durante 4 horas. As temperaturas utilizadas no processo foram 400, 450, 480 e 550°C. As camadas nitretadas produzidas foram avaliadas quanto à morfologia, espessura, composição, dureza, resistência à corrosão e resistência ao desgaste. Os resultados demonstraram que as condições de nitretação utilizadas foram eficientes no endurecimento superficial das amostras. A utilização de temperatura elevada (550°C) não é adequada para a nitretação de aços inoxidáveis endurecíveis por precipitação 17-4 PH. A amostra nitretada a 450°C apresentou a melhor combinação de propriedades para aplicação nas ponteiras de “risers” de completação.

A nitretação dos aços inoxidáveis austeníticos apresenta grande interesse tecnológico, pois tanto em processos convencionais tais como as nitretações a gás e em banho de sais como em processos a plasma, obtêm-se um aumento significativo de sua dureza superficial e resistência ao desgaste. No entanto, devido as altas temperaturas utilizadas nos processos convencionais, observa-se uma extensa formação de precipitados de nitretos de cromo, com consequente redução de resistência à corrosão do material. A proposta deste trabalho é utilizar a tecnologia de plasma para nitretar um aço inoxidável austenítico neste caso o ABNT 316 L a temperaturas relativamente baixas a fim de evitar precipitação de nitretos). As temperaturas utilizadas foram de 350, 375 e 400 0C, variandose o tempo de nitretação de 3 ,4 e 5 horas com duas misturas gasosas (76%N2 e 24%H2 e 5%H2 e 95%N2). As amostras foram analisadas através da microdureza superficial (método convencional e nanodureza), caracterização microestrutural por microscopia ótica, eletrônica de varredura e de transmissão, medida da profundidade de camadas formadas (MEV), rugosidade, determinação das fases presentes (Raios - X), nanodureza , perfil da composição química (GDOS) e resistência à corrosão (névoa salina e curvas de polarização) As amostras nitretadas nestas temperaturas e tempos produziram camadas de 1,9 a 5,5 µm medidas via GDOS e durezas que vão de 330HK a 987HK não observando-se a precipitação de nitretos de cromo, mas sim a formação de uma estrutura supersaturada de nitrogênio intersticial, chamada de “fase S” identificada por difração de Raios - X. As camadas nitretadas apresentaram um gradiente de nitrogênio que diminui, indicando um gradiente junto as características microestruturais, níveis de tensões residuais favoráveis para uma boa adesão, com a formação de uma camada com menor fragilidade. Esta fase “S”, além de produzir altas durezas superficiais, aumentou a resistência à corrosão do aço. Testes em campo com navalhas de corte e facas móveis tiveram um aumento de vida útil de 100% e 217%.

Este trabalho apresenta um estudo sobre a nitretação de aços rápidos com o objetivo de melhorar as suas propriedades tribológicas e produzir uma camada nitretada ótima para a resistência ao desgaste. O efeito de diferentes parâmetros de tratamento na nitretação do aço rápido AISI M2 foram investigados, comparando-se o seu comportamento tribológico e associando-se os mecanismos de desgaste com a microestrutura da camada nitretada. Uma vez que em algumas condições de tratamento existe uma tendência em se produzir uma camada frágil, especial atenção é dedicada aos fatores que causam a fragilização e como evitá-la. Amostras foram nitretadas em um reator a plasma em temperaturas entre 350° e 550°C, tempo entre 18 minutos e 20 horas, composição do gás de tratamento entre 5 e 75% de nitrogênio, balanço hidrogênio e pressão na câmara entre 200 e 900 Pa (2 e 9 mbar). Os ensaios de desgaste foram realizados utilizando-se um equipamento Amsler com a configuração do tipo disco contra superfície plana enquanto que os mecanismos de desgaste foram identificados em microscopia eletrônica de varredura. Simultaneamente foram realizadas análises de difração de raios-X, micro e nanodureza superficial, perfil de composição química por espectroscopia óptica em descarga incandescente (GDOS), metalografia óptica, microscopia eletrônica de transmissão e medição de tensões residuais. As amostras nitretadas em temperaturas de 550°C apresentaram lascamentos durante ensaio de desgaste indicando uma camada frágil enquanto amostras nitretadas entre 400°C e 500°C demonstraram um baixo coeficiente de atrito e reduzido desgaste adesivo. Portanto, o emprego de baixas temperaturas de tratamento é sugerida para a nitretação de aços rápidos. / The present work shows a study about plasma nitriding of high speed steel intending to improve its tribological properties and produce an optimum nitrided layer to wear resistance. The effect of different nitriding processes on the high speed steel AISI M2 has been investigated, comparing the wear performance and the microstructure of the steel. As with some treatment parameters there is a tendency to be produced a brittle layer, special effort is dedicated to establish the factors that produce the embrittlement and how to avoid it. Samples have been nitrided at temperatures between 350°C to 550°C from 18 minutes to 20 hours, at pressures between 200 to 900 Pa (2 to 9 mbar) using a gas composition from 5% to 75% of nitrogen, balance hydrogen. The wear tests were carried out using an Amsler machine using a wheel-flat type test while the wear mechanisms have been identified in scanning electron microscope. X-ray diffraction analyses, GDOS chemical composition depth profiles, micro and nanohardness tests, optical microscopy, transmission electron microscopy and residual stress measurements of the nitrided layers have been performed. The samples nitrided at temperatures of 550°C have shown spalling in wear tests indicating a brittle surface, while samples nitrided between 400°C to 500°C demonstrated reduced friction coefficients and adhesive wear. Therefore the low temperature treatment is suggested for nitriding of high-speed steel.

A nitretação dos aços inoxidáveis austeníticos apresenta grande interesse tecnológico, pois tanto em processos convencionais tais como as nitretações a gás e em banho de sais como em processos a plasma, obtêm-se um aumento significativo de sua dureza superficial e resistência ao desgaste. No entanto, devido as altas temperaturas utilizadas nos processos convencionais, observa-se uma extensa formação de precipitados de nitretos de cromo, com consequente redução de resistência à corrosão do material. A proposta deste trabalho é utilizar a tecnologia de plasma para nitretar um aço inoxidável austenítico neste caso o ABNT 316 L a temperaturas relativamente baixas a fim de evitar precipitação de nitretos). As temperaturas utilizadas foram de 350, 375 e 400 0C, variandose o tempo de nitretação de 3 ,4 e 5 horas com duas misturas gasosas (76%N2 e 24%H2 e 5%H2 e 95%N2). As amostras foram analisadas através da microdureza superficial (método convencional e nanodureza), caracterização microestrutural por microscopia ótica, eletrônica de varredura e de transmissão, medida da profundidade de camadas formadas (MEV), rugosidade, determinação das fases presentes (Raios - X), nanodureza , perfil da composição química (GDOS) e resistência à corrosão (névoa salina e curvas de polarização) As amostras nitretadas nestas temperaturas e tempos produziram camadas de 1,9 a 5,5 µm medidas via GDOS e durezas que vão de 330HK a 987HK não observando-se a precipitação de nitretos de cromo, mas sim a formação de uma estrutura supersaturada de nitrogênio intersticial, chamada de “fase S” identificada por difração de Raios - X. As camadas nitretadas apresentaram um gradiente de nitrogênio que diminui, indicando um gradiente junto as características microestruturais, níveis de tensões residuais favoráveis para uma boa adesão, com a formação de uma camada com menor fragilidade. Esta fase “S”, além de produzir altas durezas superficiais, aumentou a resistência à corrosão do aço. Testes em campo com navalhas de corte e facas móveis tiveram um aumento de vida útil de 100% e 217%.

O presente trabalho apresenta um estudo do processo de nitretação iônica de aços rápidos, como método de tratamento superficial para o aumento da resistência ao desgaste de ferramentas de corte. Utilizando-se os equipamentos de nitretação iônica em desenvolvimento no laboratório de Metalurgia Física da UFRGS foram nitretados corpos de prova do aço rápido AlSI M2 variando-se diversos parâmetros do processo. As amostras foram caracterizadas quanto a morfologia das camadas formadas, profundidade, perfil de microdureza e microdureza superficial. Foram avaliadas condições de tratamento quanto ao aumento da resistência à erosão e testadas ferramentas de corte de aço rápido em serviço. As técnicas de análise empregadas incluíram ensaio de microdureza, ensaio de erosão, metalografia (utilizando-se de microscopia ótica e eletrônica de varredura) e acompanhamento da produtividade de ferramentas na indústria. Discutiu-se neste trabalho o crescimento da camada nitretada em aços rápidos com a variação da composição da mistura de gases e temperatura da peça, as características das camadas formadas e a aplicabilidade do processo a ferramentas de corte. Além disso, os experimentos serviram para auxiliar no desenvolvimento dos equipamentos de nitretação iônica, de técnicas de controle do processo e de procedimentos de análise. / In this work the possibility of applying plasma nitriding to high-speed tool steels was investigated as a technique for improving wear resistance of cutting tools. Using the facilities developed at the Laboratório de Metalúrgia Física - UFRGS, samples of AISI M2 high-speed steel were nitrided under several different conditions. The sarnples produced were characterized with respect to the morphology of the nitrided layers, hardness and wear resistance. The analysis techniques used were: metallography (optical and scanrung electron microscopy-SEM), microhardness (determination of superficial hardness and microhardness pro file of the cross section o f the layers), erosion tests, and, as some tools were nitrided, their performance was evaluated under working conditions in the industry. The effect of variantion of the process parameters on composition and depth of the nitrided layers and the applicability of the plasma nitriding process to cutting tools were discussed. Additionally, the experiments done were very important on the development of the plasma nitriding equipment at UFRGS.