Os aços de ultra resistência com médio carbono e baixa liga apresentam excelentes propriedades de resistência mecânica e à fadiga além de uma elevada temperabilidade. No entanto, tais aços apresentam o fenômeno da têmpera ou de tratamentos superficiais. O aço 300M foi desenvolvido visando a ampliação desta faixa, permitindo tratamentos em temperaturas em torno de 350ºC viabilizando o emprego da técnica de nitretação do mesmo por plasma sem a consequente fragilização. Neste trabalho comparou-se as características e propriedades do aço 300M nitretado por plasma à 350ºC e 550ºC com os aços de alta-resistência AISI 4340, 4140 e 5140 nitretados à 550ºC. Variou-se as condições de tratamento de forma a verificar a influência do tempo de nitretação e de frequência de pulso nas camadas nitretadas. Verificou-se que a nitretação por plasma demostrou ser bastante efetiva para conferir resistência ao desgaste abrasivo para todos os aços nitretados. O aço 300M nitretado em 350ºC apresentou no ensaio de desgaste abrasivo comportamento similar aos demais aços nitretados em 550ºC, enquanto que o melhor resultado geral foi alcançado pelo 300M nitretado à 550ºC em CC durante 6 horas, devido à formação de uma camada dupla de levada dureza e espessura. / The ultrahigh-strength steels with medium carbon and low alloy, like AISI 4340, show excellent tensile strength and fatigue properties further higher hardenability. However, these steels have the phenomenon of tempering embrittlement, that restrict the temperature of treatments after quench or surfaces treatments. The 300M steel was developed aiming the enlargement this area of application, this steel permits treatments in temperatures about 350°C what allowed to use the plasma nitriding without problems with the embrittlement. In this production were compared the properties of the nitrited layers of the 300M nitriding by plasma in 350°C and 550°C with the steels AISI 4340, AISI 4140, AISI 5140 nitriding in 550°C. Plasma nitriding conditions like time and pulse frequency were varied. It was checked that the plasma nitriding showed good performance to improve the resistance to the abrasive wear in ali the steels tested. The 300M steel nitrited in 350°C showed results similar to the others in the pin-on-disk test and the better result occurred to the 300M steel nitrited in 550°C in dC plasma during 6 hours, because of a duble compound lawyer that arouse with a high thickness and high hardness.

Este trabalho estuda o desgaste de lâminas a serem utilizados na usinagem de madeira. O processo de conformação da madeira pela usinagem, embora antigo, sofre uma evolução constante devido ao aparecimento de novos materiais que permitem a elaboração de ferramentas otimizadas. Também os tratamentos termo-químicos superficiais possibilitam a obtenção de propriedades singulares nas ferramentas de usinagem proporcionando um aumento significativo de sua vida útil. O presente trabalho abordou a questão da avaliação da durabilidade de lâminas de corte através de um novo ensaio de abrasão, que apresentasse grande similaridade com o processo de usinagem. Também foi avaliada a utilização do processo de nitretação iônica no aumento da resistência do gume cortante de vários aços, melhorando assim as características das ferramentas e aumentando sua durabilidade. Construiu-se um equipamento que permitiu a avaliação da energia gasta em processos de usinagem e foi proposto um material abrasivo padrão para substituir a madeira, proporcionando um desgaste acelerado da ferramenta de corte. Após o ensaio de abrasão as lâminas foram observadas por meio de MEV e microscopia ótica para a verificação de como ocorreu o desgaste do gume cortante durante o ensaio de abrasão proposto. Determinou-se a eficiência do ensaio, que permitiu uma rápida avaliação dos vários aços, diferenciando claramente os mais resistentes e demonstrando a superioridade do aço sinterizado e nitretado K190. O tratamento de nitretação iônica aumentou a durabilidade das lâminas de maneira significativa, proporcionando o fenômeno de autoafiamento destas no decorrer do ensaio de desgoste, o que foi detectado no ensaio proposto. A microscopia ótica constatou as várias etapas do autoafiamento mostrando a evolução do desgaste do gume cortante sem que ocorresse seu arredondamento, que diminuiria significativamente a vida útil da ferramenta. / The present work is concerned with the wear of blades used in wood machining operations. Machining is, perhaps, one of the oldest process used to shape wood and still one of the most important. This process has gone through a continuous evolulion following the development of new materials and process used in the manufacture of the machining tools. These new processes increases the number of technological variables to optimize a wood working tool making necessary the use of tests to efficiently evaluate the best combination of these variables. A standard abrasion test is proposed to evaluate the performance of blades used on wood machining operations in a way to simulate, as close as possible, the wear of the blade during normal machining processes. Ion nitriding of the blades was used as a means of improving the wear characteristics of the wood working blades. A new testing machines was developed to measure the energy used in machining operations and also was proposed the substitution of the wood by an standard abrasion medium to increase the wear rate and abbreviate the test time. After the abrasions testing, the blades were observed in optical microscopy and SEM to study how the wear developed along the testing and the influence of ion nitriding. The proposed abrasion method proved do be fast and efficient being able to sort the most resisting material from the others. It was clear the advantage of the sintered alloy K190. After ion nitrading, it\'s performance showed further improvement. The ion nitrading treatment improved significantly the performance of all the alloys tested making possible the occurrence of the self-sharpening phenomena. This fact was detected in the proposed abrasion testing method and optical microscopy showed how the wear proposed during the testing.

Este trabalho estuda o desgaste de lâminas a serem utilizados na usinagem de madeira. O processo de conformação da madeira pela usinagem, embora antigo, sofre uma evolução constante devido ao aparecimento de novos materiais que permitem a elaboração de ferramentas otimizadas. Também os tratamentos termo-químicos superficiais possibilitam a obtenção de propriedades singulares nas ferramentas de usinagem proporcionando um aumento significativo de sua vida útil. O presente trabalho abordou a questão da avaliação da durabilidade de lâminas de corte através de um novo ensaio de abrasão, que apresentasse grande similaridade com o processo de usinagem. Também foi avaliada a utilização do processo de nitretação iônica no aumento da resistência do gume cortante de vários aços, melhorando assim as características das ferramentas e aumentando sua durabilidade. Construiu-se um equipamento que permitiu a avaliação da energia gasta em processos de usinagem e foi proposto um material abrasivo padrão para substituir a madeira, proporcionando um desgaste acelerado da ferramenta de corte. Após o ensaio de abrasão as lâminas foram observadas por meio de MEV e microscopia ótica para a verificação de como ocorreu o desgaste do gume cortante durante o ensaio de abrasão proposto. Determinou-se a eficiência do ensaio, que permitiu uma rápida avaliação dos vários aços, diferenciando claramente os mais resistentes e demonstrando a superioridade do aço sinterizado e nitretado K190. O tratamento de nitretação iônica aumentou a durabilidade das lâminas de maneira significativa, proporcionando o fenômeno de autoafiamento destas no decorrer do ensaio de desgoste, o que foi detectado no ensaio proposto. A microscopia ótica constatou as várias etapas do autoafiamento mostrando a evolução do desgaste do gume cortante sem que ocorresse seu arredondamento, que diminuiria significativamente a vida útil da ferramenta. / The present work is concerned with the wear of blades used in wood machining operations. Machining is, perhaps, one of the oldest process used to shape wood and still one of the most important. This process has gone through a continuous evolulion following the development of new materials and process used in the manufacture of the machining tools. These new processes increases the number of technological variables to optimize a wood working tool making necessary the use of tests to efficiently evaluate the best combination of these variables. A standard abrasion test is proposed to evaluate the performance of blades used on wood machining operations in a way to simulate, as close as possible, the wear of the blade during normal machining processes. Ion nitriding of the blades was used as a means of improving the wear characteristics of the wood working blades. A new testing machines was developed to measure the energy used in machining operations and also was proposed the substitution of the wood by an standard abrasion medium to increase the wear rate and abbreviate the test time. After the abrasions testing, the blades were observed in optical microscopy and SEM to study how the wear developed along the testing and the influence of ion nitriding. The proposed abrasion method proved do be fast and efficient being able to sort the most resisting material from the others. It was clear the advantage of the sintered alloy K190. After ion nitrading, it\'s performance showed further improvement. The ion nitrading treatment improved significantly the performance of all the alloys tested making possible the occurrence of the self-sharpening phenomena. This fact was detected in the proposed abrasion testing method and optical microscopy showed how the wear proposed during the testing.

Os aços de ultra resistência com médio carbono e baixa liga apresentam excelentes propriedades de resistência mecânica e à fadiga além de uma elevada temperabilidade. No entanto, tais aços apresentam o fenômeno da têmpera ou de tratamentos superficiais. O aço 300M foi desenvolvido visando a ampliação desta faixa, permitindo tratamentos em temperaturas em torno de 350ºC viabilizando o emprego da técnica de nitretação do mesmo por plasma sem a consequente fragilização. Neste trabalho comparou-se as características e propriedades do aço 300M nitretado por plasma à 350ºC e 550ºC com os aços de alta-resistência AISI 4340, 4140 e 5140 nitretados à 550ºC. Variou-se as condições de tratamento de forma a verificar a influência do tempo de nitretação e de frequência de pulso nas camadas nitretadas. Verificou-se que a nitretação por plasma demostrou ser bastante efetiva para conferir resistência ao desgaste abrasivo para todos os aços nitretados. O aço 300M nitretado em 350ºC apresentou no ensaio de desgaste abrasivo comportamento similar aos demais aços nitretados em 550ºC, enquanto que o melhor resultado geral foi alcançado pelo 300M nitretado à 550ºC em CC durante 6 horas, devido à formação de uma camada dupla de levada dureza e espessura. / The ultrahigh-strength steels with medium carbon and low alloy, like AISI 4340, show excellent tensile strength and fatigue properties further higher hardenability. However, these steels have the phenomenon of tempering embrittlement, that restrict the temperature of treatments after quench or surfaces treatments. The 300M steel was developed aiming the enlargement this area of application, this steel permits treatments in temperatures about 350°C what allowed to use the plasma nitriding without problems with the embrittlement. In this production were compared the properties of the nitrited layers of the 300M nitriding by plasma in 350°C and 550°C with the steels AISI 4340, AISI 4140, AISI 5140 nitriding in 550°C. Plasma nitriding conditions like time and pulse frequency were varied. It was checked that the plasma nitriding showed good performance to improve the resistance to the abrasive wear in ali the steels tested. The 300M steel nitrited in 350°C showed results similar to the others in the pin-on-disk test and the better result occurred to the 300M steel nitrited in 550°C in dC plasma during 6 hours, because of a duble compound lawyer that arouse with a high thickness and high hardness.

Visando-se a avaliação do desempenho de um sistema de nitretação por plasma que se construiu bem como a determinação da influência das variáveis do processo sobre o desempenho das camadas nitretadas ionicamente, foram nitretadas amostras do aço \"maraging\" com a seguinte composição: Fe - 18Ni - 4.2Mo - 12.3Co - 1.7Ti - 0.15Al - 0.03C. Foram variadas as seguintes condições de processo: tempo, temperatura, freqüência do pulso e condição de tratamento térmico prévio. Foram realizadas análises metalográficas, difração de raios-X, microdureza e ensaios de abrasão do tipo \"pino-sobre-disco\" para caracterização das camadas obtidas. O equipamento de nitretação apresentou excelente desempenho no tratamento das amostras utilizadas e o aço \"maraging\", excelente resposta ao tratamento de nitretação. O tempo de tratamento de 3 horas produziu as camadas mais resistentes à abrasão. Os tratamentos com corrente contínua produziram resistências à abrasão superiores às obtidas com corrente pulsada. As amostras nitretadas após o envelhecimento apresentaram resistências superiores às envelhecidas simultaneamente com a nitretação. / Pursuing the evaluation and performance of a nitration system via plasma for us constructed, as well as the determination of the influence of variables of the process on the performance of ionically nitrated layers, it was nitrated maraging steel samples with the next compositions: Fe -18Ni - 4,2Mo - 12,3Co - 1,7Ti - 0,15AI- 0,03C. The following processing conditions were modified: time, temperature, pulse frequency end previous thermal treatment condition. Metallografic analyses, X-ray diffraction, microhardness and pin-on-dick type abrasion test were practised on samples for characterization of their layers. The nitration equipment had excellent performance in the treatment of samples used while the \"maraging\" steel showed excellent answer to the nitration treatment. A treatment time of three hours produced the more resistant layers to abrasion. The treatments with continuous current produced abrasion resistance higher than in treatment with pulsed current post-aged nitrated samples showed higher resistances than those aged during the nitration.

Visando-se a avaliação do desempenho de um sistema de nitretação por plasma que se construiu bem como a determinação da influência das variáveis do processo sobre o desempenho das camadas nitretadas ionicamente, foram nitretadas amostras do aço \"maraging\" com a seguinte composição: Fe - 18Ni - 4.2Mo - 12.3Co - 1.7Ti - 0.15Al - 0.03C. Foram variadas as seguintes condições de processo: tempo, temperatura, freqüência do pulso e condição de tratamento térmico prévio. Foram realizadas análises metalográficas, difração de raios-X, microdureza e ensaios de abrasão do tipo \"pino-sobre-disco\" para caracterização das camadas obtidas. O equipamento de nitretação apresentou excelente desempenho no tratamento das amostras utilizadas e o aço \"maraging\", excelente resposta ao tratamento de nitretação. O tempo de tratamento de 3 horas produziu as camadas mais resistentes à abrasão. Os tratamentos com corrente contínua produziram resistências à abrasão superiores às obtidas com corrente pulsada. As amostras nitretadas após o envelhecimento apresentaram resistências superiores às envelhecidas simultaneamente com a nitretação. / Pursuing the evaluation and performance of a nitration system via plasma for us constructed, as well as the determination of the influence of variables of the process on the performance of ionically nitrated layers, it was nitrated maraging steel samples with the next compositions: Fe -18Ni - 4,2Mo - 12,3Co - 1,7Ti - 0,15AI- 0,03C. The following processing conditions were modified: time, temperature, pulse frequency end previous thermal treatment condition. Metallografic analyses, X-ray diffraction, microhardness and pin-on-dick type abrasion test were practised on samples for characterization of their layers. The nitration equipment had excellent performance in the treatment of samples used while the \"maraging\" steel showed excellent answer to the nitration treatment. A treatment time of three hours produced the more resistant layers to abrasion. The treatments with continuous current produced abrasion resistance higher than in treatment with pulsed current post-aged nitrated samples showed higher resistances than those aged during the nitration.

Os aços ultra-resistentes e os sinterizados estão bem estabelecidos tecnologicamente, sendo utilizados nas mais variadas aplicações. Entretanto para certas situações, como é o caso de componentes sujeitos aos desgaste severo, existe a necessidade de se melhorar suas propriedades superficiais. Dentre as técnicas de endurecimento superficial, a nitretação iônica se apresenta como uma boa alternativa para o tratamento desses aços, uma vez que as peças ficam menos suscetíveis a empenamentos e distorções, como ocorre em outros tratamentos superficiais convencionais e permite o controle adequado da camada produzida. O presente trabalho tem por objetivo estudar o efeito do silício em aços ultra-resistentes com relação ao tratamento térmico bem como a influência desse elemento na nitretação e conseqüentemente no desgaste abrasivo e verificar a influência do V sobre essas mesmas características no caso de aços sinterizados. Foram utilizadas oito ligas, com diferentes teores de silício e vanádio, que foram nitretados ionicamente em diferentes condições de temperatura e/ou tempo. As camadas nitretadas obtidas foram avaliadas por meio de ensaios de microdureza na superfície e na seção transversal, microscopia ótica e eletrônica de varredura, com microssonda (EDX), análise por difração de raios X e ensaios de abrasão do tipo \"pino-sobre-disco\". Observou-se que, com o aumento do teor de silício, nas ligas ultra-resistentes aumentou a dureza após o revenido e que a presença desse elemento aumenta consideravelmente a dureza da camada nitretada. O aumento do teor de silício produziu camadas de compostos menos espessas e de alta dureza, que apresentaram as melhores resistência ao desgaste abrasivo. As análises superficiais por meio de raio X demonstraram que essas camadas são formadas por uma mistura de nitretos &#947\'-Fe4N, &#949Fe2-3N, CrN, MoN e Si3N4, que variam suas proporções com as condições de nitretação. Nas ligas sinterizadas as durezas das camadas aumentaram consideravelmente depois da nitretação iônica, devido a formação de VN. No ensaio de desgaste abrasivo verificou-se que tal aumento de dureza resultou em uma menor perda de massa, quando a camada de compostos é constituída significativamente de VN e &#947\'- Fe4N. O incremento do tempo de tratamento não influenciou na forma e tamanho dos carbonetos presentes nesses aços. / The ultra-strength and sintered steels are technologically very established, being used in the most varied applications. In the cases where the main selection requirements are the mechanical resistance and the cost of the material, those steels are an interesting option. However for certain applications, as it is the case of components subject to the severe wear, the need exists of improving its surface properties. Among the techniques of superficial hardening, the ion nitriding present it self as a good alternative for the treatment of those steels, once the specimen are less susceptible to the warpage and distortions, as it happens in another conventional superficial treatments. The objective of the present work is to study the effect of the Si in ultra-strength steels relating it to the heat treatment as well as the abrasive wear resistance of the same and of sintered tool steels with variable content of V, after ion nitriding. Eight alloys were used with different content of Si and V. The alloys were ion nitrided in different conditions of temperature and/or time. The nitrided layers obtained were appraised by means of microhardness test in the surface and in the cross section of the layers, optical and scanning electron microscopy (SEM), with energy dispersive spectrometry (EDS), analysis for X-ray diffraction and \"Pin-on-Disc\" type abrasion test. It was observed that with the increase of the content of Si in the ultra-resistant alloys, increased the hardness after the tempering and the presence of that element it increases the hardness of the nitrided layer considerably. The increase of the content of Si produced smaller compound layers and of high hardness, that presented the best resistance to the abrasive wear. The superficial analysis by means of X-ray has shown that the compound layers are formed by a mixture of &#947\'-Fe4N, e-Fe2-3N, CrN, MoN and Si3N4, nitrides that vary its proportions with the nitriding conditions. In the sintered alloys the hardness of the layers increased considerably after the ion nitriding, due to formation of VN. In the test of abrasive wear it was verified that such increase of hardness results in a smaller mass loss, when the compound layer is constituted of VN and &#947\'-Fe4N phase. The increase of time of treatment did not influence in the shape and size of the present carbides in the steels.

Os aços ultra-resistentes e os sinterizados estão bem estabelecidos tecnologicamente, sendo utilizados nas mais variadas aplicações. Entretanto para certas situações, como é o caso de componentes sujeitos aos desgaste severo, existe a necessidade de se melhorar suas propriedades superficiais. Dentre as técnicas de endurecimento superficial, a nitretação iônica se apresenta como uma boa alternativa para o tratamento desses aços, uma vez que as peças ficam menos suscetíveis a empenamentos e distorções, como ocorre em outros tratamentos superficiais convencionais e permite o controle adequado da camada produzida. O presente trabalho tem por objetivo estudar o efeito do silício em aços ultra-resistentes com relação ao tratamento térmico bem como a influência desse elemento na nitretação e conseqüentemente no desgaste abrasivo e verificar a influência do V sobre essas mesmas características no caso de aços sinterizados. Foram utilizadas oito ligas, com diferentes teores de silício e vanádio, que foram nitretados ionicamente em diferentes condições de temperatura e/ou tempo. As camadas nitretadas obtidas foram avaliadas por meio de ensaios de microdureza na superfície e na seção transversal, microscopia ótica e eletrônica de varredura, com microssonda (EDX), análise por difração de raios X e ensaios de abrasão do tipo \"pino-sobre-disco\". Observou-se que, com o aumento do teor de silício, nas ligas ultra-resistentes aumentou a dureza após o revenido e que a presença desse elemento aumenta consideravelmente a dureza da camada nitretada. O aumento do teor de silício produziu camadas de compostos menos espessas e de alta dureza, que apresentaram as melhores resistência ao desgaste abrasivo. As análises superficiais por meio de raio X demonstraram que essas camadas são formadas por uma mistura de nitretos &#947\'-Fe4N, &#949Fe2-3N, CrN, MoN e Si3N4, que variam suas proporções com as condições de nitretação. Nas ligas sinterizadas as durezas das camadas aumentaram consideravelmente depois da nitretação iônica, devido a formação de VN. No ensaio de desgaste abrasivo verificou-se que tal aumento de dureza resultou em uma menor perda de massa, quando a camada de compostos é constituída significativamente de VN e &#947\'- Fe4N. O incremento do tempo de tratamento não influenciou na forma e tamanho dos carbonetos presentes nesses aços. / The ultra-strength and sintered steels are technologically very established, being used in the most varied applications. In the cases where the main selection requirements are the mechanical resistance and the cost of the material, those steels are an interesting option. However for certain applications, as it is the case of components subject to the severe wear, the need exists of improving its surface properties. Among the techniques of superficial hardening, the ion nitriding present it self as a good alternative for the treatment of those steels, once the specimen are less susceptible to the warpage and distortions, as it happens in another conventional superficial treatments. The objective of the present work is to study the effect of the Si in ultra-strength steels relating it to the heat treatment as well as the abrasive wear resistance of the same and of sintered tool steels with variable content of V, after ion nitriding. Eight alloys were used with different content of Si and V. The alloys were ion nitrided in different conditions of temperature and/or time. The nitrided layers obtained were appraised by means of microhardness test in the surface and in the cross section of the layers, optical and scanning electron microscopy (SEM), with energy dispersive spectrometry (EDS), analysis for X-ray diffraction and \"Pin-on-Disc\" type abrasion test. It was observed that with the increase of the content of Si in the ultra-resistant alloys, increased the hardness after the tempering and the presence of that element it increases the hardness of the nitrided layer considerably. The increase of the content of Si produced smaller compound layers and of high hardness, that presented the best resistance to the abrasive wear. The superficial analysis by means of X-ray has shown that the compound layers are formed by a mixture of &#947\'-Fe4N, e-Fe2-3N, CrN, MoN and Si3N4, nitrides that vary its proportions with the nitriding conditions. In the sintered alloys the hardness of the layers increased considerably after the ion nitriding, due to formation of VN. In the test of abrasive wear it was verified that such increase of hardness results in a smaller mass loss, when the compound layer is constituted of VN and &#947\'-Fe4N phase. The increase of time of treatment did not influence in the shape and size of the present carbides in the steels.

Made available in DSpace on 2016-06-02T19:12:21Z (GMT). No. of bitstreams: 1 4512.pdf: 12085865 bytes, checksum: 9c98b7edb2a0238a143b2c8e9469a515 (MD5) Previous issue date: 2012-03-06 / Ion nitriding is a process of thermo-physical-chemical treatment that provides a surface hardening, originated by interstitial diffusion of nitrogen on the ferrous and nonferrous alloys surfaces. Understanding and controlling the formation of the nitrided layer have considerable industrial interest due to the improvements regarding wear, corrosion and fatigue resistances on the metals and their alloys. In this work, it was performed the surface modification in sintered iron samples by ion nitriding process, with a gaseous mixture of 80% vol H2 and 20% vol N2, during times of 3 and 5 hours, using ion nitriding temperature of 500°C, 540°C and 580°C. The samples were characterized by scanning electron microscopy (SEM) and X-ray diffraction (XRD) analyses, and wear and micro-hardness tests, comparing the results with sintered and steam treatment samples. The results showed that both nitride thickness and wear resistance increased with higher nitriding time and temperature, where the temperature was the variable that most influenced the aforementioned characteristics. The XRD analysis indicated that the nitrided layer near to the surface, for all samples, consisted in a mixture of y-Fe4N and e-Fe3N phases. / A nitretação iônica é um processo de tratamento termo-físico-químico que consiste em um endurecimento superficial, provocado pela difusão intersticial de nitrogênio atômico na superfície de ligas ferrosas e não ferrosas. O entendimento e o controle da formação da camada nitretada apresentam considerável interesse industrial devido às melhorias alcançadas nas resistências ao desgaste, corrosão e à fadiga dos metais e suas ligas. Neste trabalho, promoveu-se a modificação superficial de amostras de ferro sinterizado por meio do processo de nitretação a plasma, com uma mistura gasosa de 80% vol H2 e 20% vol N2, nos tempos de 3 e 5 horas, e temperaturas de nitretação de 500°C, 540°C e 580°C. As amostras foram caracterizadas por meios de análise de microscopia eletrônica de varredura (MEV) e difração de raios X (DRX), e quantificadas quanto aos níveis de desgaste e microdureza, em comparação com amostras sinterizada e ferroxidada. Os resultados mostraram que tanto as espessuras das camadas de nitretos como as resistências ao desgaste das amostras aumentaram com o tempo e temperatura de nitretação, sendo a temperatura a variável que mais influenciou nas características mencionadas. A análise de DRX indicou que a camada nitretada próxima a superfície, para todas as amostras, consiste de uma mistura de fases de  -Fe4N e -Fe3N.