MICRODUREZA

Pela Tabela 2, podemos observar que a microdureza do aço inox 15-5 PH está dentro das especificações do material (39-42 HRC). Este valor será comparado com a

microdureza do material tratato com o 3IP, a fim de garantir que o tratamento não modifique essa dureza.

Tabela 2 - Microdureza do aço inox 15-5PH

Material Condição Microdureza

Aço Inox 15-5 PH Metal Base 41,9 HRC

Aço Inox 15-5 PH 3IP 1h 40,1 HRC

Aço Inox 15-5 PH 3IP 2h 40,5 HRC

4.4ENSAIO DE FADIGA

A Figura 28 representa a curva S-N para a fadiga axial do aço inoxidável 15-5 PH na condição metal base, tratado com 3IP por 1 hora, 2 horas e 3 horas . É possível comparar a resistência à fadiga, em 106 ciclos, do metal base com as outras condições. Nota-se que o tratamento de 3IP 3 horas aumentou a resistência à fadiga em aproximadamente 14,5%. Este aumento já era esperado, visto que o 3IP introduz uma tensão residual compressiva na superfície do material dificultando a nucleação de trincas. O tratamento 3IP por 1 e 2 horas também apresentou aumento da vida em fadiga do material. Este crescimento correspondeu a 5,5% de aumento da resistência à fadiga do metal base para o tratamento realizado por 1 hora, 9,1% para o tratamento realizado por 2 horas, como mostrado na Tabela 3.

Figura 28 - Curva S-N aço inoxidável 15-5 PH.

Fonte: (AUTORIA PRÓPRIA)

Tabela 3 - Microdureza do aço inox 15-5PH

Material Tensão (MPa) 106 ciclos

Aço Inox 15-5 PH 618,27

Aço Inox 15-5 PH + 3IP 1H 652,00 Aço Inox 15-5 PH + 3IP 2H 674,48 Aço Inox 15-5 PH + 3IP 3H 708,20

O aumento da resistência à fadiga do aço inoxidável 15-5PH com o tratamento 3IP está relacionado com a tensão residual compressiva que o tratamento superficial provocou, como

pode ser visto na Tabela 4. O sinal (-) significa tensão compressiva e o sinal (+) significa tensão trativa. Pode-se notar que o maior tempo de exposição ao tratamento 3IP (3 horas) causa um aumento maior na tensão residual compressiva, e isso pode justificar sua maior influência na vida em fadiga do material.

Tabala 4 – Análise de tensão residual do aço inox 15-5PH em MPa

Material Superfície (Mpa) Prof. 0,01mm(Mpa) Prof. 0,1mm(Mpa)

Aço Inox 15-5 PH +36 +110 +110

Aço Inox 15-5 PH + 3IP 1H -115 +30 +43

Aço Inox 15-5 PH + 3IP 2H -230 +12 +78

Aço Inox 15-5 PH + 3IP 3H -270 -60 +25

4.5NANOIDENTAÇÃO

Na Figura 29, nota-se que próximo a superfície do material, a nanodureza é maior, e isso se deve a deformação plástica do material devido ao processo de lixamento e polimento.

Nota-se também que as amostras tratadas com o 3IP apresentam valores de nanodureza a 500nm de profundidade bem maiores do que o do metal base, isso mostra que a implantação foi eficiente e causou uma modificação na nanodureza do material.

Para a amostra padrão, o valor de nanodureza encontrado foi próximo de 5 GPa. Para uma profundidade de 500 nanometros, a amostra tratada com 3IP por 1, 2 e 3 horas apresentou o valor de dureza de 9, 12 e 13 GPa, respectivamente.

Figura 29 - Gráfico Dureza vs Profundidade para o aço inoxidável 15-5 PH.

4.6RESISTÊNCIA À CORROSÃO

Para que os átomos de nitrogênio pudessem ser implantados na superfície do aço, a camada de passivação natural de óxido de cromo foi retirada através de um bombardeamento de argônio.

Figura 30 – Corpos de provas em estado inicial (de baixo para cima: metal base, 3IP 1 hora, 2 horas e 3 horas)

Fonte: (AUTORIA PRÓPRIA)

A Figura 30 mostra os corpos de prova em estado inicial, onde a passivação natural já havia sido retirada para a implantação dos átomos de nitrogênio.

Após a Implantação iônica por imersão a plasma, uma passivação artificial pode ser realizada para restaurar a camada de óxido de cromo afim de recuperar a resistência à corrosão do material. A Figura 31 mostra o efeito da corrosão nos cdps que não passaram pela passivação artificial e a Figura 32 mostra o efeito da corrosão dos cdps que sofreram a passivação artificial.

Quando comparamos as duas figuras, podemos notar que retirar a camada de passivação natural do material diminui muito a sua resistência à corrosão, porém a passivação artificial é uma grande alternativa para este problema uma vez que notamos menor corrosão entre o material passivado e o não passivado.

Figura 31 – Corpos de provas sem passivação artificial (da esquerda para a direitra: metal base, 3IP 1 hora, 2 horas e 3 horas) .

Fonte: (AUTORIA PRÓPRIA)

Figura 32 – Corpos de provas com passivação artificial (da esquerda para a direita: metal base, 3IP 1 hora, 2 horas e 3 horas) .

5 CONCLUSÃO

O tratamento superficial de implantação por imersão em plasma se mostrou muito eficiente quanto a modificação da nanodureza superficial do material alcançando valores satisfatórios.

Ao mesmo tempo, este tratamento não alterou a microdureza do material e nem a sua microestrutura que permaneceu sendo uma estrutura martensítica com presença de precipitados que continuam garantindo a resistência do aço mesmo com 3 horas do tratamento 3IP.

O 3IP aumentou consideravelmente a resistência à fadiga do material, atendendo às expectativas do tratamento umas vez que este aumenta a tensão residual compressiva do material. O maior tempo de tratamento (3 horas) aumentou a tensão residual compressiva e portanto obteve o maior aumento na vida em fadiga do aço inox 15-5PH.

Com as imagens do MEV, podemos observar que mesmo com o 3IP as trincas são nucleadas na superfície do material e as três condições analisadas apresentam uma fratura dúctil portanto o tratamento não está influenciando no tipo de nucleação, nem no tipo da fratura do material.

Podemos também concluir que a retirada da camada de passivação natural para a implantação dos átomos de nitrogênio no material diminui a resistência a corrosão, porém este problema pode ser amenizado com a passivação artificial.

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