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Título: Comportamento tribológico da liga Inconel 718 nitretada por plasma em gaiola catódica
Título(s) alternativo(s): Tribological behavior of Inconel 718 treated by Active Screen Plasma Nitriding
Autor(es): Oikava, Yukyhiro Inomata
Orientador(es): Pintaúde, Giuseppe
Palavras-chave: Nitruração
Plasma (Gases ionizados)
Desgaste mecânico
Ligas de níquel
Tribologia - Ensaio dos metais
Atrito
Engenharia mecânica
Nitriding
Plasma (Ionized gases)
Mechanical wear
Nickel alloys
Tribology - Assaying
Friction
Mechanical engineering
Data do documento: 26-Jun-2019
Editor: Universidade Tecnológica Federal do Paraná
Câmpus: Curitiba
Citação: OIKAVA, Yukyhiro Inomata. Comportamento tribológico da liga Inconel 718 nitretada por plasma em gaiola catódica. 2019. 107 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Mecânica e de Materiais) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Curitiba, 2019
Resumo: As superligas à base de níquel, como Inconel 718, são amplamente utilizadas na indústria de petróleo e gás para atender aos requisitos de projeto técnico devido às condições de aplicação. Mesmo com adequada resistência à corrosão, a liga de Inconel 718 pode ter suas aplicações limitadas devido à relativa baixa dureza e baixa resistência ao desgaste. Uma alternativa para que este problema possa ser resolvido é a aplicação do processo de nitretação por plasma. Neste trabalho foi realizado um estudo a fim de comparar o comportamento tribológico de superfícies tratadas termoquimicamente imersas em solução salina. O presente estudo determinou a cargacrítica em ensaio de riscamento linear com carga variável de 2 N a 8 N da liga Inconel 718 tratada termoquimicamente pela técnica de nitretação por plasma em gaiola catódica (ASPN). As superfícies foram caracterizadas por meio das técnicas de difratrometria de raio X, microdureza, interferometria 3D, além da microscopia óptica e microscópio eletrônico de varredura (MEV). As propriedades da superfície foram verificadas em função da dureza e rugosidade, enquanto que o comportamento tribológico foi obtido por meio da configuração esfera sobre plano, em movimento alternado, avaliando o coeficiente de atrito, volume removido e mecanismos de desgaste. Dois materiais foram utilizados como contracorpos, sendo estes um aço rolamento e o nitreto de silício. Através do ensaio de riscamento linear com carga variável foi possível determinar a carga máxima de 5 N, correspondente ao início da falha na superfície tratada. O tratamento de nitretação promoveu um aumento na resistência à abrasão do substrato de Inconel 718. Os contracorpos influenciaram diretamente no comportamento tribológico dos tribossistemas ensaiados, principalmente nos mecanismos de desgaste observados para os corpos de prova nitretados e sem tratamento. O tribossistema que apresentou menor coeficiente de atrito e menor desgaste foi composto pela esfera de aço deslizando sobre a superfície nitretada. A camada de óxido formada encontrou condições para atuar como uma interface protetora e lubrificante, em combinação com a mais alta dureza superficial após tratamento de nitretação por plasma. Quando a esfera de nitreto de silício foi usada como contracorpo, o mecanismo de abrasão foi predominante, eliminando inclusive o efeito benéfico da camada nitretada sobre a superfície, tanto no atrito, quando no volume desgastado.
Abstract: Nickel-based superalloys, such as Inconel 718, are widely used in the oil and gas industry to comply technical design requirements due to the application conditions. Even with suit corrosion resistance the Inconel 718 alloy may have limited applications due to its relatively low hardness with consequent improper wear resistance. One alternative for this problem to be solved is through the plasma assisted nitriding process. In this work a comparative study was carried out to compare the tribological behavior of thermochemically treated surfaces submerged in saline solution. The present study settled the critical load between a 2 N to 8 N applying variable load at linear scratch test of the Inconel 718 alloy, which was treated by Active Screen Plasma Nitriding (ASPN). The surfaces were characterized by XRD (X-Ray Diffraction), Vickers microhardness measurement, 3D optical interferometry, in addition to the optical microscope and SEM (Scanning electron microscopy). The properties of the surface were verified as per hardness and roughness, while the tribological behavior was obtained by means of the ball-on-plane configuration, in reciprocating motion, evaluating the coefficient of friction, volume and wear mechanisms. Two materials were used as counterbody, these being a bearing steel and silicon nitride. Through the linear scratch test with variable load applied, it was possible to set the maximum load of 5 N, corresponding to the beginning of the failure on the treated surface. The nitriding treatment promoted an increase at the abrasion resistance on Inconel 718 substrate. The counterbodies influenced straight on tribological behavior of the tested tribosystems, especially at the wear mechanisms observed for the nitrided and untreated specimens. The tribosystem which presented lower coefficient of friction and less wear was composed by the steel sphere sliding on the nitrided surface. The oxide layer meet conditions to behave as a protective and lubricant interface, in combination with the highest surface hardness after plasma nitriding treatment. When the silicon nitride sphere was used as against body, the abrasion mechanism was predominant, even eliminating the beneficial effect of the nitrided layer on the surface, both in the friction, as well as in the worn volume.
URI: http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/4321
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