Avaliação da resistência ao desgaste do aço AISI m2 nitretado a plasma

Abstract

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.