Uma investigação da têmpera e revenimento após nitretação no aço ferramenta AISI H13

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dc.contributor.advisorCanale, Lauralice de Campos Franceschini
dc.contributor.authorNucci, José Eduardo
dc.contributor.refereeCanale, Lauralice de Campos Franceschini
dc.contributor.refereeSantos, Givanildo Alves dos
dc.contributor.refereeCasteletti, Luiz Carlos
dc.contributor.refereeAlmeida, Gisele Fabiane Costa
dc.contributor.refereeFernandes, Frederico Augusto Pires
dc.date.accessioned2024-05-24T11:47:47Z
dc.date.available2024-05-24T11:47:47Z
dc.date.issued2022-02-09
dc.description.abstractO aço ferramenta AISI H13 apresenta boa combinação de resistência mecânica e tenacidade, sendo usado na fabricação de matrizes de extrusão de alumínio, matrizes de forjamento a quente e moldes para injeção de materiais não ferrosos e polímeros. Estas ferramentas estão sujeitas a tensões de tração e compressão, durante as etapas do processo de aquecimento e resfriamento, que levam à fadiga térmica e também, sofrem desgaste. Para estender a vida útil destas ferramentas novos tratamentos de superfícies vêm sendo pesquisados. No presente trabalho foi estudada a influência do tratamento de têmpera nas propriedades superficiais do aço AISI H13 nitretado. Primeiramente foi realizado nitretação a plasma a 520ºC com tempos de 12, 24 e 40 horas e ntretação a gás a 540ºC com durações de 42 e 84 horas. Em seguida os aços nitretados foram submetidos ao tratamento de têmpera a vácuo e em banho de sal na temperatura de 1030ºC com diferentes tempos de encharque. O tratamento de têmpera a vácuo ou em banho de sal do aço AISI H13 nitretado gerou um aumento na profundidade da camada nitretada provocada pela difusão de nitrogênio em direção ao núcleo do corpo de prova, redução na microdureza ao longo da camada nitretada e um leve aumento na microdureza do núcleo. Nesta nova camada nitretada, formada após têmpera, foi possível identificar, por difração de raios X, redução da intensidade dos picos referente às fases de nitretos ε e γ’, aparecimento de novos picos, tais como, fase α’ (martensita), fase austenita retida, novos nitretos, carbonetos e carbonitretos. Verificou-se também a influência do nitrogênio, presente na nova camada nitretada, na dureza superficial, plotando-se a curva de revenido para cinco condições diferentes de tratamento combinado de nitretação seguido de têmpera. Além disso, analisou-se o gradiente de microdureza na seção transversal dos corpos de prova revenidos a 520ºC. A presença do nitrogênio aumentou a dureza superficial do aço em até 1,57 HRC comparado ao aço AISI H13 tratado convensionalmente. Foi ainda realizado o ensaio de fadiga térmica em corpos de prova temperados e revenidos; temperados, revenidos e nitretados; e temperados, revenidos, nitretados e temperados. Os resultados dos ensaios indicaram que os corpos de prova apenas nitretados tiveram menor deformação superficial e maior densidade de trincas superficiais e na seção transversal. Os corpos de prova temperados e revenidos tiveram a menor taxa de propagação de trincas.
dc.description.abstract2AISI H13 tool steel has a good combination of mechanical strength and toughness, thus, they are used, as examples, in the manufacture of aluminum extrusion dies, hot forging dies and injection molds of non-ferrous materials and polymers. These tools, in practice, are subjected to tensile and compression stresses during the stages of the heating and cooling processes, which lead to thermal fatigue and also suffer wear. To extend the life span of these tools, new surface treatments are being researched. In the present research work, the influence of the quenching treatment on the surface properties of nitrided AISI H13 steel was studied. First, plasma nitriding was performed at 520ºC with time durations of 12, 24 and 40 hours and gas nitriding at 540ºC with time durations of 42 and 84 hours. Then, nitrided steels were subjected to the treatment of vacuum quenching or in a salt bath quenching from a temperature of 1030ºC applying different soaking times. Vacuum and salt-bath quenching applied on nitrided AISI H13 steel generated an increase in the nitrided layer caused by the additional diffusion of nitrogen towards the core of the specimen, reduction in microhardness along the nitrided layer and a slight increase in core microhardness. In this new nitrided layer, formed after quenching, it was possible to identify, by X-Ray diffraction, a reduction in the intensity of the peaks related to the ε and γ' nitride phases produced after the nitriding, the appearance of new peaks, such as, α' phase (martensite), retained austenite phase, new nitrides, carbides and carbonitrides. It was also verified the influence of nitrogen, present in the new nitrided layer, on the surface hardness, plotting the tempering curve for five different conditions of combined treatment of nitriding followed by quenching. In addition, the microhardness gradient in the cross-section of specimens tempered at 520ºC was analyzed. The presence of nitrogen increased the surface hardness of the steel up to 1.57 HRC compared to conventionally tempered AISI H13 steel. The thermal fatigue test was also carried out on specimens quenched and tempered; quenched, tempered and nitrided; and quenched, tempered, nitrided and quenched. The results indicate that specimens nitride only, had lower surface deformation and higher crack density in the surface and cross-section. The quenched and tempered specimens had the lowest crack propagation rate.
dc.format.mimetypeapplication/pdf
dc.identifier.bibliographicCitationNUCCI, José Eduardo. Uma investigação da têmpera e revenimento após nitretação no aço ferramenta AISI H13. 2022. Tese (Doutorado em Ciências) - Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais, Universidade de São Paulo, São Carlos, 2022.
dc.identifier.urihttps://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/18/18158/tde-05042022-160146/pt-br.php
dc.identifier2.latteshttp://lattes.cnpq.br/2304552715794691
dc.publisherUniversidade de São Paulo (USP)
dc.publisher.campiPIRACICABA
dc.publisher.programPós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais
dc.rightsAttribution-NoDerivs 3.0 Brazilen
dc.rights.urihttp://creativecommons.org/licenses/by-nd/3.0/br/
dc.subject.keywordsAço AISI H13
dc.subject.keywordsNitretação plasma
dc.subject.keywordsNitretação a gás
dc.subject.keywordsTêmpera a vácuo
dc.subject.keywordsTêmpera em banho de sal
dc.subject.keywordsFadiga térmica
dc.titleUma investigação da têmpera e revenimento após nitretação no aço ferramenta AISI H13
dc.title.alternativeAn investigation of quenching and tempering after nitriding on AISI H13 tool steel
dc.typeTeses e Dissertações
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