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dc.contributor.authorManfrinato, Marcos Dorigão
dc.date.accessioned2023-10-23T12:24:21Z
dc.date.available2023-10-23T12:24:21Z
dc.date.issued2023-09-01
dc.identifier.citationMANFRINATO, Marcos Dorigão. Estudo do Comportamento do Aço Inoxidável Austenítico AISI 321 Nitretado e Nitrocementado a Plasma Sob Solicitações de Desgaste, Corrosão e Fadiga. 2023. Tese (Doutorado em Ciência dos Materiais) – Universidade Federal de São Carlos, Sorocaba, 2023. Disponível em: https://repositorio.ufscar.br/handle/ufscar/18800.*
dc.identifier.urihttps://repositorio.ufscar.br/handle/ufscar/18800
dc.description.abstractThe AISI 321 austenitic stainless steel is used in the chemical, petrochemical and fertilizer industries, as it can operate at high temperatures (above 600 °C) and under corrosive media. However, it has poor tribological properties. Thermochemical plasma nitriding and nitrocarburizing treatments are used to increase surface hardness, fatigue resistance, wear resistance and not deteriorate its pre-existing corrosion resistance. Treatment parameters such as time, temperature, gas mixture and pressure can change the composition of the layer formed in plasma nitriding and nitrocarburizing treatments. The present work aimed to evaluate the influence of plasma nitriding and nitrocarburizing temperatures on the formation, microstructure and ductility of layers in AISI 321 austenitic stainless steel and verify their performance when subjected to cyclic polarization corrosion, abrasive microwear with fixed sphere, rotary bending fatigue, spherical contact fatigue and multiple scratching and indentation tests. X-ray diffraction demonstrated that the expanded austenite phase rich in interstitial solutes (nitrogen and carbon) formed on the surfaces treated at 400 °C and that, for treatments at 500 °C, this phase decomposed into CrN and '-Fe4N. The expansion of the crystal lattice at 400 °C was greater for the nitrocemented samples than for the nitrided ones, both samples had the same layer depth. At 500 °C, the layer depth was greater for the nitrocemented samples, as was the layer hardness. In the cyclic polarization corrosion test in a medium of 3.5% NaCl, the nitrocarburizing treatment showed the highest corrosion potential (Ecorr) and the highest pitting potential (Epite) about the other treatments, therefore presenting the greatest resistance to corrosion. Corrosion resistance was lower for treatments carried out at 500 °C to the base material. For mechanical behavior and wear tests, all layers performed better than the base material. In nanohardness measurements, the relationships between hardness (H) and apparent modulus (E), the H/E and H3/E2 relationships indicate the deflection capacity, the capacity to absorb elastic energy and plastic work. The nitrocemented layer at 400 °C showed greater ductility and greater deformation capacity, without showing spalling or cracking, which resulted in better performance in the spherical contact fatigue test, the lowest wear rate 3.95x10-7 mm3/Nm, high fatigue limit (280 MPa), as the layer presents greater plastic work on the surface. In terms of resistance to microwear, treatments at 500 °C showed lower wear resistance than treatments carried out at 400 °C due to greater brittleness resulting from the decomposition of expanded austenite into ’-Fe4N and CrN. Microcracking and peeling of the layer were the wear mechanisms observed in the abrasive microwear tests with a fixed sphere, rotary bending fatigue, spherical contact fatigue and multiple scratching tests. The layer nitrocemented at 500 °C presented a higher fatigue limit (285 MPa) as it presented the greatest layer thickness, lowest transition gradient and hardness throughout the layer, greatest hardness and therefore probably presents the highest level of compressive residual stress that contributed to this greater value. The hybrid treatment of nitrogen and carbon diffusion, nitrocarburizing, at 400 °C showed the best performance in the corrosion test, spherical contact fatigue, abrasive microwear and scratching test as the layer has greater ductility.eng
dc.description.sponsorshipNão recebi financiamentopor
dc.language.isoporpor
dc.publisherUniversidade Federal de São Carlospor
dc.rightsAttribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazil*
dc.rights.urihttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/*
dc.subjectNitretação à plasma, Nitrocementação à plasma, Microdesgaste, Corrosão, Fadiga por flexão rotativa, fadiga por contato esférico, teste de riscamento, AISI 321.por
dc.subjectPlasma nitridingeng
dc.subjectPlasma nitrocarburizingeng
dc.subjectMicroweareng
dc.subjectCorrosioneng
dc.subjectRotary bending fatigueeng
dc.subjectSpherical contact fatigueeng
dc.subjectScratch testeng
dc.subjectAISI 321eng
dc.titleEstudo do Comportamento do Aço Inoxidável Austenítico AISI 321 Nitretado e Nitrocementado a Plasma Sob Solicitações de Desgaste, Corrosão e Fadigapor
dc.title.alternativeStudy of the Behavior of Austenitic Stainless Steel AISI 321 Nitrided and Plasma Nitrocarburized Under Wear, Corrosion and Fatigueeng
dc.typeTesepor
dc.contributor.advisor1Kliauga, Andrea Madeira
dc.contributor.advisor1Latteshttp://lattes.cnpq.br/3527528295399928por
dc.contributor.advisor-co1Florêncio, Odila
dc.contributor.advisor-co1Latteshttp://lattes.cnpq.br/9659972316642270por
dc.description.resumoO aço inoxidável austenítico AISI 321 é utilizado na indústria química, petroquímica e fertilizantes, pois pode operar em temperaturas altas (acima de 600 °C) e sob meios corrosivos. Contudo, apresenta propriedades tribológicas reduzidas. Os tratamentos termoquímicos de nitretação e nitrocementação a plasma são utilizados para aumentar a dureza superficial, resistência à fadiga, resistência ao desgaste e não deteriorar a sua resistência à corrosão pré-existente. Os parâmetros de tratamento como tempo, temperatura, mistura gasosa e pressão podem alterar a composição da camada formada nos tratamentos de nitretação e nitrocementação a plasma O presente trabalho teve como objetivo avaliar a influência das temperaturas de nitretação e nitrocementação a plasma na formação, microestrutura e ductilidade das camadas no aço inoxidável austenítico AISI 321 e verificar seu desempenho quando submetidos à corrosão por polarização cíclica, microdesgaste abrasivo com esfera fixa, fadiga por flexão rotativa, fadiga por contato esférico e teste de riscamento múltiplo e de indentações. A difração de raios-X demonstrou que a fase da austenita expandida rica em solutos intersticiais (nitrogênio e carbono) se formou nas superfícies tratadas a 400 °C e, que para os tratamentos de 500 °C, houve a decomposição dessa fase em CrN e ’-Fe4N. A expansão da rede cristalina a 400 °C foi maior para as amostras nitrocementadas do que para as nitretadas, as duas amostras apresentaram a mesma profundidade de camada. A 500°C a profundidade de camada foi maior para as amostras nitrocementadas, assim como foi maior a dureza da camada. No ensaio de corrosão por polarização cíclica em meio de 3,5% de NaCl, o tratamento de nitrocementação apresentou o maior potencial de corrosão (Ecorr) e maior potencial de pite (Epite) em relação aos demais tratamentos, portanto apresentando a maior resistência a corrosão. A resistência a corrosão foi menor para os tratamentos realizados a 500°C em relação ao material de base. Para os ensaios de comportamento mecânico e de desgaste, todas as camadas obtiveram melhor desempenho do que o material de base. Nas medidas de nanodureza as relações entre dureza (H) e módulo aparente (E), as relações H/E e H3/E2 indicam a capacidade de deflexão, a capacidade de absorver energia elástica e o trabalho plástico. A camada nitrocementada a 400 °C apresentou maior ductilidade e maior capacidade de deformação, sem apresentar desplacamento ou trincas, o que resultou em melhor desempenho no ensaio de fadiga de contato esférico, a menor taxa de desgaste 3,95x10-7 mm3/Nm, alto limite de fadiga (280 MPa), pois a camada apresenta maior trabalho plástico na superfície. Na resistência ao microdesgaste, os tratamentos a 500 °C apresentaram menor resistência ao desgaste que os tratamentos realizados a 400 °C devido a maior fragilidade resultante da decomposição da austenita expandida em ’-Fe4N e CrN. O microtrincamento e desplacamento da camada foram os mecanismos de desgaste observados nos ensaios de microdesgaste abrasivo com esfera fixa, fadiga por flexão rotativa, fadiga de contato esférico e teste de riscamento múltiplo. A camada nitrocementada à 500 °C apresentou maior limite de fadiga (285MPa) pois apresentou a maior espessura de camada, menor gradiente de transição e dureza ao longo da camada, maior dureza e por isso provavelmente apresenta o maior nível de tensão residual compressiva que colaboraram para esse maior valor. O tratamento híbrido de difusão de nitrogênio e carbono, nitrocementação, à 400 °C apresentou o melhor desempenho no ensaio de corrosão, fadiga por contato esférico, microdesgaste abrasivo e teste de riscamento pois a camada apresenta maior ductilidade.por
dc.publisher.initialsUFSCarpor
dc.publisher.programPrograma de Pós-Graduação em Ciência dos Materiais - PPGCM-Sopor
dc.subject.cnpqENGENHARIAS::ENGENHARIA DE MATERIAIS E METALURGICA::METALURGIA DE TRANSFORMACAO::TRATAMENTO TERMICOS, MECANICOS E QUIMICOSpor
dc.subject.cnpqENGENHARIAS::ENGENHARIA DE MATERIAIS E METALURGICA::METALURGIA FISICA::CORROSAOpor
dc.subject.cnpqENGENHARIAS::ENGENHARIA DE MATERIAIS E METALURGICA::METALURGIA FISICA::PROPRIEDADES MECANICAS DOS METAIS E LIGASpor
dc.publisher.addressCâmpus Sorocabapor
dc.contributor.authorlatteshttp://lattes.cnpq.br/5685014203539069por
dc.contributor.authororcidhttps://orcid.org/0000-0001-9076-3113por
dc.contributor.advisor1orcidhttps://orcid.org/0000-0002-0272-9036por
dc.contributor.advisor-co1orcidhttps://orcid.org/0000-0003-3655-4470por


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