Microestrutura e propriedades de desgaste do aço bainítico de resfriamento contínuo DIN 18MnCrSiMo6-4 nitretado a plasma em diferentes temperaturas

Abstract

Os novos aços bainíticos de resfriamento contínuo (CCBS) são uma excelente alternativa quando se requer elevada dureza, tenacidade e resistência à fadiga. Contudo, estima-se que a taxa de desgaste dos CCBS seja insuficiente para aplicação em componentes com alta solicitação mecânica, sendo necessário aprimorar suas propriedades de superfície. O objetivo deste estudo é o de analisar os efeitos da nitretação a plasma sobre à microestrutura e propriedades de desgaste do aço bainítico de resfriamento contínuo DIN18MnCrSiMo6-4. Portanto, tratamentos com duração de 6 horas foram conduzidos com pressão de 3 mbar, mistura gasosa composta por 76% N2 + 24% H2, e temperaturas de 400, 450, 500 e 550 °C, respectivamente. As amostras foram analisadas através de microscopia eletrônica de varredura, difração de raios-X, microdureza e ensaios de desgaste por deslizamento recíproco. Nas condições investigadas, foi possível obter uma camada de compostos e atingir um aumento de até 393% na dureza superficial, entretanto, o uso de temperaturas mais elevadas durante os tratamentos favoreceu a formação de camadas mais profundas. Em todas as amostras nitretadas, constatou-se a formação predominante da fase de nitretos ε-Fe2-3N e, em menor quantidade, da fase de nitretos γ’-Fe4N. Nos ensaios de deslizamento recíproco houve diminuição do desgaste das amostras nitretadas na temperatura de 550°C.

The new continuous cooling bainitic steels (CCBS) are an excellent alternative when high hardness, toughness and fatigue resistance are required. However, it is estimated that the wear rate of the CCBS is insufficient for application in highly mechanical loaded components, being necessary to improve the surface properties. The objective of this study is to analyze the effects of plasma nitriding on the microstructure and wear properties of DIN18MnCrSiMo6-4 continuous cooling bainitic steel. Therefore, treatments lasting 6 hours were conducted with a pressure of 3 mbar, a gas mixture composed of 76% N2 + 24% H2, and a temperature of 400, 450, 500 and 550 °C, respectively. The samples were analyzed by scanning electron microscopy, X-ray diffraction, microhardness and reciprocal sliding wear tests. Under the conditions investigated, it was possible to obtain a compound layer and to achieve an increase of up to 393% in surface hardness, however, the use of higher processing temperatures favored the extension of the depth layer. In all the nitrided samples, the major presence of ε-Fe2-3N nitrides phase was observed, and the γ'-Fe4N phase content was smaller. In the reciprocal sliding tests, there was a decrease in the wear of nitrided samples at temperature of 550 °C.