INFLUÊNCIA DO POTENCIAL DE NITROGÊNIO E DA ADIÇÃO DE METANO

Foi avaliada a influência do potencial de N2 na mistura gasosa da nitretação a

plasma na resistência ao desgaste microabrasivo do aço API 5L X-70. A Tabela 14 mostra os valores dos coeficientes de desgaste das camadas nitretadas na temperatura de 440°C, por um tempo de 1 hora em função dos potenciais de N2 e

CH4. Nota-se que há um aumento nos valores dos coeficientes de desgaste com o

aumento do potencial de N2 de 10% para 70% conforme mostra a Tabela 14 e a

Figura 64.

Nesse caso, o aumento do potencial de nitrogênio na mistura gasosa não favorece a precipitação de nitretos, conforme se evidencia na análise de difração de raios-x apresentada na Figura49.

Tabela 14 – Coeficiente de desgaste microbrasivo das camadas nitretadas a 440 ºC por um tempo de 1 hora em função de N2 e CH4.

Mistura Gasosa Coeficiente de desgaste K, m2/N x10-12.

70% de N2 1,6

10% de N2 1,3

60% de N2 + 2% de CH4 1,2

10% de N2 + 3% de CH4 1,5

Fonte: Elab. pela autora, 2014.

Figura 64 – Coeficientes de desgaste das camadas nitretadas na temperatura de 440°C, por um tempo de 1 hora.

Segundo Tier et. al. (2002) a precipitação em contornos de grãos é um dos principais motivos de aumento da fragilidade das camadas nitretadas. Portando o aumento dos coeficientes de desgastes verificados na Figura 65 para um potencial de N2 de 70%, são atribuídos a esse motivo. Outro motivo foi a falta de precipitação

de nitretos tipo ε e provavelmente se deve a redução de hidrogênio na mistura gasosa, responsável pela limpeza da peça a ser nitretada, o qual favorece a difusão do nitrogênio.

A partir da equação 4.11, foi possível calcular o volume de desgaste das camadas nitretadas obtidas na temperatura de 440°C. A Figura 65 mostra o volume de desgaste nas amostras nitretadas por 1 hora. De todas as condições de nitretação estudadas, a camada nitretada obtida na temperatura de 440ºC, com 60% de N2 +

2% de CH4 por um tempo de 1 hora, apresentou o resultado mais satisfatório. A taxa

de desgaste (volume desgastado por distância deslizada) dessa camada foi 34 % menor que o material não nitretado.

Figura 65 – Volume de desgaste das superfícies nitretadas na temperatura de 440ºC por um tempo de 1 hora, de acordo com o potencial de N2 e CH4.

Porém, observa-se que a adição de metano nessas condições de tratamento nos fornece uma queda do volume desgastado pequena em relação ao aço nitretado com o mesmo porcentual de 10%N2. Este resultado obtido para a resistência ao

desgaste microabrasivo do aço API 5L X-70 comparado à resistência ao desgaste de outros aços estudados no IFES é considerado satisfatório, conforme mostra a Figura66.

Figura 66 – Porcentual de resistência ao desgaste de vários aços, comparados ao aço API 5L X-70 após nitretação.

Fonte: Elab. pela autora, 2014.

5.8 ENSAIO DE TRAÇÃO

Com os ensaios de tração foram obtidos os valores da deformação e do limite de escoamento do material como recebido e do material após aquecimento a 440ºC por um tempo de uma hora e resfriamento lento até a temperatura ambiente. Conforme já explicado no capitulo 4.4, esses ensaios foram realizados a fim de avaliar se houve considerável modificação nas propriedades mecânicas do material quando submetido a essa temperatura (440ºC) e, escolheu-se esses parâmetros porque foi a melhor temperatura e tempo no qual se obteve a maior resistência ao desgaste microabrasivo. As Tabelas 15 e 16 mostram os valores das medidas obtidas nos corpos de prova do material como recebido e do material depois de aquecido. A fim

de verificar a deformação no comprimento útil dos corpos de prova, empregou-se um extensômetro de comprimento inicial 12,5 mm, porém em todos os ensaios, os corpos de prova romperam fora do extensômetro e o alongamento foi determinado manualmente com o auxilio de um paquímetro. A Figura 67 mostra alguns corpos de prova.

Figura 67– Corpos de prova do aço estudado utilizado nos ensaios de tração.

Fonte: Elab. pela autora, 2014.

Tabela 15 – Resultados obtidos para o ensaio de tração do material como recebido.

CP Lf(mm) L0(mm) ε (%) σesc.(MPa) σr(MPa)

1 60,75 53,0 14% 550 400

2 61,15 53,2 15% 563 402

3 61,15 53,2 15% 511 399

Tabela 16 – Resultados obtidos para o ensaio de tração do material após aquecimento a 440ºC por 1 hora

CP Lf(mm) L0(mm) ε(%) σesc.(MPa) σr(MPa)

1 60,05 53,2 13% 551 398

2 59,85 53,0 14% 528 396

3 61,10 53,0 15% 574 300

Fonte: elab. pela autora, 2014.

Desses resultados, ressalta-se que os valores da tensão de escoamento antes do aquecimento e após o aquecimento a 440ºC apresentaram pouca variação, o que nos mostra que o tratamento de nitretação a essa temperatura não prejudicou o limite de escoamento do aço e nem o alongamento. A média do σesc sem

aquecimento foi de 542 MPa e aquecido foi de 552 MPa. A Figura 68 mostra típicas curvas do ensaio de tração.

Figura 68 – curvas completas da tensão x deformação até a ruptura dos corpos de prova utilizados.

Observa-se que o material tratado, aquecido a 440ºC por 1 hora e resfriado no forno, apresentou o fenômeno de escoamento descontínuo, típico de envelhecimento por deformação. A causa do envelhecimento por deformação, ou seja, o aparecimento do escoamento descontínuo é devido à segregação de átomos de soluto por difusão, geralmente o C e/ou N para os campos de deformação próximos das discordâncias no ferro α, ancorando-as. O nitrogênio desempenha um papel mais importante na deformação porque tem uma solubilidade maior e um coeficiente de difusão mais alto do que o carbono, além de produzir uma precipitação menos completa durante um resfriamento lento. O grau de envelhecimento por deformação varia conforme a concentração e a taxa de difusão do C e do N. No caso de aços carbono comuns esse fenômeno varia acentuadamente com a mudança de temperatura.

Cottrell; Bilby, 1949; Bhadeshia, 2006, mostraram que os átomos intersticiais, como os de carbono e nitrogênio interagem fortemente com os campos de deslocamentos de tensão. Os átomos intersticiais agem em campos de formação, e em seguida, ao redor deles, mas quando esses átomos tem de se mover dentro dos campos de deformação de deslocamento deve haver uma redução global na energia. Essa

deformação total leva à formação de concentrações intersticiais ou atmosferas na vizinhança dos deslocamentos e em casos extremos pode ascender a linhas de átomos intersticiais ao longo dos núcleos dos deslocamentos (atmosferas condensadas), por exemplo, em superação de.discolações na região do campo de tensão onde há dilatação máxima. A energia de ligação entre um deslocamento do àtomo de ferro e um átomo de carbono é cerca de 0,5 eV (WEISS,H. 1995). Consequentemente deslocamentos podem ser bloqueados em suas posiçoes através de cadeias de átomos de carbono ao longo dos deslocamentos, assim aumentando substancialmente a tensão, o que torna necessário para provocar o movimento de deslocação. Uma atração particular dessa teoria é que apenas uma pequena concentração de átomos intersticiais é necessária para produzir bloqueio ao longo de todo o comprimento de deslocamento em todas as linhas de ferro recozido. Logo, essa teoria pode explicar a observação de fenômenos produzidos nas concentrações com baixo teor de nitrogênio e carbono. A formação de atmosferas intersticiais em deslocamentos requer difusão do soluto e ambos, carbono e nitrogênio, se difundem muito mais rapidamente no ferro.