Estudo da nitretação a plasma de engrenagens sinterizadas em Astaloy A®

Abstract

O interesse da empresa proponente do estudo, fabricante das engrenagens estudadas no presente trabalho, foi verificar os efeitos da nitretação a plasma nestes componentes, visando melhor desempenho das mesmas em relação ao desgaste, o que motivou o desenvolvimento deste estudo através da realização de tratamentos de nitretação a plasma, caracterização e testes mecânicos das engrenagens no LdTM (Laboratório de Transformação Mecânica da UFRGS). No presente trabalho foi avaliada a influência do tratamento termoquímico de Nitretação a Plasma, com diferentes misturas gasosas, na formação de camada nitretada, na dureza e na resistência mecânica de engrenagens sinterizadas fabricadas com o pó ligado Astaloy A®. As duas variações de amostras estudadas (engrenagens) foram fabricadas utilizando o pó Astaloy A® puro e o pó tendo adição de Carbono em sua composição. Após sinterização, as engrenagens passaram pelos tratamentos térmicos de têmpera e revenido, buscando aumentar sua dureza superficial e manter valores adequados de resistência mecânica para sua aplicação. Para os tratamentos de Nitretação a Plasma foram propostas duas misturas gasosas, uma com baixo (25% vol.) e outra com alto nitrogênio (75% vol.), utilizando hidrogênio em balanço, nas mesmas temperatura (520°C) e pressão (4 mbar). As amostras foram caracterizadas quanto a formação da camada nitretada, rugosidade, microdureza e dureza. Engrenagens nitretadas e não nitretadas (num total de seis diferentes condições) foram submetidas a um teste de quebra dos dentes, para avaliação de resistência mecânica, o qual estabelece um critério de fornecimento das mesmas.

The interest of the proposing company in the study, the manufacturer of the gears studied in this work, was to verify the effects of plasma nitriding on these components, aiming for improved performance in terms of wear. This motivated the development of this study through the implementation of plasma nitriding treatments, characterization, and mechanical tests of the gears at LdTM (Laboratory of Mechanical Transformation at UFRGS). In this study, the influence of the thermochemical treatment of Plasma Nitriding, with different gas mixtures, on the formation of nitrided layer, hardness, and mechanical resistance of sintered gears manufactured with Astaloy A® alloyed powder was evaluated. The two variations of samples studied (gears) were manufactured using pure Astaloy A® powder and powder with added carbon in its composition. After sintering, the gears underwent heat treatments of quenching and tempering, aiming to increase their surface hardness and maintain adequate values of mechanical resistance for their application. For the Plasma Nitriding treatments, two gas mixtures were proposed, one with low nitrogen (25% vol.) and another with high nitrogen (75% vol.), using hydrogen in balance, at the same temperature (520°C) and pressure (4 mbar). The samples were characterized regarding the formation of the nitrided layer, roughness, microhardness, and hardness. Nitrided and non-nitrided gears (a total of six different conditions) were subjected to a teeth breaking test to evaluate mechanical resistance, establishing a criterion for their supply.