Orientador : Prof. Dr. Adriano Scheid / Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Tecnologia, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica. Defesa: Curitiba, 05/12/2014 / Inclui bibliografia / Área de concentração: Manufatura / Resumo: Válvulas para motores a combustão interna necessitam de materiais ou revestimentos para atuar em condição severa que envolve elevada temperatura, ambientes corrosivos e baixa lubricidade. A aplicação requer aços com boa tenacidade, aliada à elevada resistência ao desgaste, principalmente na área de contato entre a válvula e a sede de válvula. O aço austenítico EN 10090 X50 é comumente aplicado a válvulas em motores a combustão, entretanto, encontra condições mais severas de uso em motores tipo "flexfuel". Uma das soluções utilizadas para melhorar o desempenho das válvulas é a aplicação do tratamento termoquímico de nitretação. O presente projeto estudou o tratamento termoquímico de nitretação do aço EN 10090 X50 com o objetivo de caracterizar as camadas desenvolvidas na superfície do componente. O estudo foi realizado em três etapas: 1) Caracterização do aço e da nitretação industrialmente aplicada por banhos de sais, 2) estudo experimental do tratamento de nitretação a plasma e, 3) Proposição e caracterização de nitretações industriais a plasma. Para tal, válvulas do aço X50 foram caracterizadas por microscopia óptica e eletrônica de varredura, dureza Vickers e difração de raios X. Em caráter complementar, algumas camadas formadas foram caracterizadas quanto à difusão dos elementos Carbono e Nitrogênio por espectrometria de descarga luminescente (GDOS). O coeficiente de atrito foi utilizado como medida comparativa e determinado a partir de ensaios em tribômetro. As válvulas tratadas em banhos de sais apresentaram endurecimento superficial relacionado à formação de camada de compostos e zona de difusão com dureza superior a 1000 HV. Os tratamentos experimentais de nitretação a plasma com atmosfera N2 + H2 promoveram similar endurecimento superficial e composição de camadas de difusão e compostos, cuja formação mostrou dependência com o tempo, atmosfera de tratamento e geometria do componente. O comportamento das amostras tratadas por nitretação a plasma foi similar ao tratamento em banhos de sais, considerando as medidas de coeficiente de atrito e largura de trilhas de desgaste formadas. Os ciclos industriais de tratamento a plasma foram realizados com atmosfera N2 + H2 + CH4 e levaram à ausência de camada de compostos.
Palavras-chave: Nitretação a Plasma. Aço X50. válvulas de motor à combustão. / Abstract: Engine valves request wear resistant materials and / or coatings to withstand an operation condition involving high temperature, corrosion and low lubricity. This application demands high toughness steels, allied to high wear resistance, especially on contact areas between valve and the seat of the valve. Austenitic steel EN 10090 X50 is commonly used for engines valves, but more corrosive environments and lower lubricity is experienced on bi-fuel "flex-fuel". Therefore, valves require enhanced surface properties. A solution often used to improve valves performance is the nitriding thermochemical treatment. This work studied the nitriding thermochemical treatment of EN 10090 X50 steel, to characterize formed layers at the valves surface. The study was developed thru three different steps: 1) Characterization of steel and industrial salt bath treated valves, 2) Experimental study of thermochemical plasma nitriding, and 3) Purpose and characterization of plasma industrial trials. So, X50 steel valves were characterized by optical and scanning electron microscopy, Vickers Hardness and X-ray diffraction analysis. In addition, Glow Discharge Optical Spectrometry (GDOS) was conducted to characterize diffusion of Carbon and Nitrogen into treated layers. Wear tests were performed to compare performance of different treatments and friction coefficient was measured on tribometer. Salt baths treated valves showed surface hardening related to the presence of a compound layer and diffusion layer. Measured hardness was superior to 1000 HV. Experimental plasma treatment performed with N2 + H2 atmosphere leaded to similar surface hardening and presented compounds and diffusion layers at the surface, showing dependence between treatment time, atmosphere and component geometry. Plasma nitrided samples presented similar behavior than salt baths considering friction coefficient and worn track width. Industrial treatments performed with N2 + H2 + CH4 atmosphere induced no compounds layer formation at the surface.
Keywords: Plasma Nitriding. X50 steel. engines valves.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:dspace.c3sl.ufpr.br:1884/37377 |
| Date | January 2014 |
| Creators | Schmitz, Sidnei |
| Contributors | Scheid, Adriano, Universidade Federal do Paraná. Setor de Tecnologia. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | Portuguese |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/masterThesis |
| Format | 119 f. : il.(algumas color.) ; 30 cm., application/pdf |
| Source | reponame:Repositório Institucional da UFPR, instname:Universidade Federal do Paraná, instacron:UFPR |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
| Relation | Disponível em formato digital |
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