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Título: Nitretação a plasma do aço AISI 4140 com fluxo pulsado de nitrogênio: influência do potencial de nitrogênio e da temperatura na formação da camada nitretada
Título(s) alternativo(s): Plasma nitriding of AISI 4140 steel with pulsed nitrogen flow: nitrogen potential and temperature influence on nitrided layer formation
Autor(es): Gonçalves, Lucas de Souza
Souza, Thiago Dunaiski de
Orientador(es): Bernardelli, Euclides Alexandre
Palavras-chave: Nitruração
Nitrogênio
Aço cromo-molibdênio
Superfícies (Tecnologia)
Nitriding
Nitrogen
Chromium-molybdenum steel
Surfaces (Technology)
Data do documento: 23-Jun-2022
Editor: Universidade Tecnológica Federal do Paraná
Câmpus: Curitiba
Citação: GONÇALVES, Lucas de Souza; SOUZA, Thiago Dunaiski. Nitretação a plasma do aço AISI 4140 com fluxo pulsado de nitrogênio: influência do potencial de nitrogênio e da temperatura na formação da camada nitretada. 2022. Trabalho de Conclusão de Curso (Bacharelado em Engenharia Mecânica) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Curitiba, 2022.
Resumo: O AISI 4140 é um aço de baixa liga que possui grande utilização na indústria e vasto emprego nas pesquisas de materiais, pois é um material que combina durabilidade, viabilidade econômica e uma boa resposta a tratamentos para melhoria das propriedades mecânicas. Uma maneira de alcançar essa melhoria é através da nitretação a plasma, um processo de endurecimento da superfície que utiliza descarga luminescente para forçar a difusão do nitrogênio no material. Esse processo, em geral, propicia a geração de duas áreas no material, a camada de compostos e a camada de difusão, as quais são muito influenciadas com os parâmetros de tempo, temperatura, composição gasosa da atmosfera e fluxo de nitrogênio do tratamento. Existem muitos estudos em relação a formação da camada de compostos, a qual pode trazer vantagens ou desvantagens para o material, dependendo da aplicação. Para esse projeto utilizou-se o tratamento de nitretação a plasma com fonte D.C. (Direct Current – Corrente Contínua), com temperaturas de 400 ºC, 450 ºC e 500 ºC, tempo de 2 h, com fluxo pulsado de nitrogênio de P0218, sendo 2 minutos com o fluxo de nitrogênio ligado e 18 minutos com ele desligado durante as 2 horas de processo, e variação na atmosfera gasosa de 45%N2 + 35%H2 + 20%Ar, 70%N2 + 10%H2 + 20%Ar e 95%N2 + 5%H2. Para os parâmetros utilizados, encontrou-se que a temperatura tem maior efeito na espessura da camada de difusão, além disso, os tratamentos em 500 ºC foram os únicos a não apresentarem camada de compostos. Entretanto, as amostras de 500 ºC apresentaram tensão residual trativa, o que pode ser prejudicial para a vida em trabalho do material, dependendo de sua aplicação.
Abstract: AISI 4140 is low-alloy steel that has wide use in industry and vast employment in materials research, as it is a material that combines durability, economic viability and a good response to treatments for improved mechanical properties. One way to achieve this is through plasma nitriding, a surface hardening process that uses glow discharge to force the diffusion of nitrogen into the material. This process generally produces two areas in the material, the composite layer and the diffusion layer, which are greatly influenced by the parameters of time, temperature, gas composition of the atmosphere and nitrogen flow rate of the treatment. There are many studies regarding the formation of the composite layer, which can bring advantages or disadvantages to the material depending on the application. For this project, we used the plasma nitriding treatment with a D.C. (Direct Current) source, with temperatures of 400 ºC, 450 ºC and 500 ºC, time of 2 hours, with pulsed nitrogen flow of P0218, 2 minutes with the nitrogen flow on and 18 minutes with it off during the 2 hours of process, and variation in the gaseous atmosphere of 45%N2 + 35%H2 + 20%Ar, 70%N2 + 10%H2 + 20%Ar and 95%N2 + 5%H2. For the parameters used, it was found that temperature has the greatest effect on the thickness of the diffusion layer, and in addition, the 500 ºC treatments were the only ones not to present a composite layer. However, the 500 ºC samples showed residual tensile stress, which can be detrimental to the working life of the material, depending on its application.
URI: http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/32147
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