Estudo dos parâmetros de nitretação por laser de Co2 no Aço Maraging 18Ni (300) para melhoria da resistência à oxidação

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Data
2020-02-21
Autores
Giacomelli, Joao Paulo [UNIFESP]
Orientadores
Reis, Danieli Aparecida Pereira [UNIFESP]
Tipo
Dissertação de mestrado
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Resumo
Classified as ultra-high-strength steel, maraging steel presents itself as a good material for applications in several sectors, like the aerospace industry, but its high affinity with oxygen could end up limiting its applications. In order to mitigate the effects of oxidation, especially at high working temperatures, surface treatments are used. The main objective of this study is to validate the laser nitriding process to increase the oxidation resistance of solubilized Maraging 300 steel. In order to verify changes in their properties, specimens were laser-nitrided, with a laser beam burning the entire useful surface of the specimen in an atmosphere fully rich in nitrogen. For the characterization and fractographic analysis of the material techniques of thermogravimetry, optical microscopy, X-ray diffraction and hardness were used before and after the nitriding treatment in order to compare the gains in mechanical and thermal property of the material. The first tests had shown that the laser was able to provide enough energy to the material for generate a nitriding surface layer, however the X-ray diffraction analysis identified oxides in the sample with nitrides. For that reason, the nitrogen-rich atmosphere configuration needed be improved in order to down grade the formation of those oxides. With the improvement of the nitriding configuration, the samples with the best results were again nitrided in same laser, with a speed of 10 mm / s and 20 mm / s. When analyzed, they had positive results with a god formation of a nitrided layer, less oxidation rates in addition to a improvement in oxidation resistance when subjected to thermogravimetric analysis, especially for the sample submitted to nitretation in a laser speed of 20 mm / s with 50% overlap between passes, where the mass gain (due to oxidation) was in the order of four times smaller than the control sample.
Sendo classificado como aço de ultra-alta-resistência o aço maraging se apresenta como um bom material para aplicações em diversos setores, especialmente no ramo aeroespacial, porém sua elevada afinidade com o oxigênio acaba por limitar suas aplicações. Para mitigar os efeitos da oxidação, em especial em temperaturas elevadas de trabalho, tratamentos superficiais são aplicados ao material. Este estudo tem por principal objetivo estudo e levantamento de parâmetros de nitretação por laser para o aumento da resistência a oxidação do aço Maraging 300 solubilizado. Para verificar as mudanças em suas propriedades, amostras foram nitretadas por laser, onde um feixe de laser percorreu toda a superfície útil da amostra sob uma atmosfera rica em nitrogênio. Para a caracterização e análise fractográfica do material foram utilizadas técnicas de termogravimetria (TGA), microscopia óptica, difratometria de raios X e dureza, antes e após o tratamento de nitretação, a fim de comparar os ganhos em propriedade mecânica e térmica do material. Os primeiros testes com o laser de CO2 com comprimento de onda de 10,6 μm e uma máxima potência de 100 W já se mostraram capazes de fornecer energia suficiente ao material para que houvesse a nitretação da camada superficial com velocidades variando entre 5 mm/s a 30 mm/s, porém a análise de difratometria de raios X identificou na amostra óxidos, juntamente com nitretos e a configuração de atmosfera rica em nitrogênio precisou ser melhorada para diminuir a formação destes óxidos. Tendo melhorada a condição de nitretação do material, as amostras com melhores resultados foram novamente nitretadas no mesmo laser, com velocidade de 10 mm/s e 20 mm/s. Quando analisadas tiveram resultados positivos quanto à formação de uma camada nitretada, menor índice de oxidação além de um real ganho em resistência a oxidação quando submetidas a análises termogravimétricas, especialmente para a amostra nitretada com velocidade de 20 mm/s no laser e sobreposição de 50% entre os passes, onde o ganho de massa (devido à oxidação) ficou na ordem de quatro vezes menor que a amostra controle.
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