http:// www.ct.ufrgs.br/ntcmhttp:// www.ct.ufrgs.br/ntcm 11

Estudo da fragilização da camada nitretadade um aço rápido AISI M2 recoberto por TiN

pela precipitação de carbonetos

Carlos Kwietniewski 1

Walter Andrey Fontana 1

Carlos Alberto Mendes Moraes 1

Nestor Cezar Heck 2

Telmo Roberto Strohaecker 3

1 Núcleo de Caracterização de Materiais, NucMat, Universidade do Vale do Rio dos Sinos, UNISINOS2 Núcleo de Termodinâmica Computacional para a Metalurgia, NTCm, Universidade Federal do Rio Grande do Sul, UFRGS3 Laboratório de Metalurgia Física, LAMEF, Universidade Federal do Rio Grande do Sul, UFRGS

http:// www.ct.ufrgs.br/ntcm 2

AntecedentesAntecedentes

Ferramentas de corte com tratamento duplex: filme fino é bom, mas substrato é importante!

Nitretação do substrato:

► nitretação sem ‘camada de compostos’► 50 µm como limite para a camada nitretada

http:// www.ct.ufrgs.br/ntcm 3

ObjetivosObjetivos

(i) - Produzir ferramentas de corte com tratamento duplex , (ii) - comparar com tratamento simples e (iii) - tentar otimização

Tratamentos:► ‘duplex’: nitretação à plasma + TiN► ‘simples’: só nitretação

http:// www.ct.ufrgs.br/ntcm 4

MetodologiaMetodologia

► Tratamento de nitretação à plasma

Parâmetro Estágio do tratamento

Sputtering NitretaçãoMistura gasosa %vol. Somente H2 5N2+95H2

Pressão [mbar] 1 4Voltagem [V] 550 500

Temperatura [°C] 150 500Tempo [minutos] 60 90Corrente [mA] --- 460

http:// www.ct.ufrgs.br/ntcm 5

Resultados Resultados II

Testes de usinagem:► Tratamento simples é melhor que duplex!

75.8

121.2100.991.7

30.548.3

21.5

82.9

47.9

81.0

020406080

100120140

1 2 3 4 5 1 2 3 4 5Número da ferramenta

Vida

da

ferr

amen

ta p

ara

VB B

=0,3

mm

ou

falh

a pr

emat

ura

(min

.)

Simples TiNDuplex TiN

http:// www.ct.ufrgs.br/ntcm 6

Pontos importantesPontos importantes

► Sem delaminação do filme

http:// www.ct.ufrgs.br/ntcm 7

Pontos importantesPontos importantes► Sem ‘camada de compostos’► Efeito de aresta, com camada de difusão muito

profunda nas pontas e precipitados

http:// www.ct.ufrgs.br/ntcm 8

Pontos importantesPontos importantes► Decréscimo do teor de C na superfície► Acréscimo do teor de C além da zona de difusão,

acima do teor da matriz (~0,85%C)

0.00

0.50

1.00

1.50

2.00

2.50

3.00

3.50

0 10 20 30 40 50 60

Distância da superfície (µm)

Conc

entra

ção

(% e

m p

eso)

NC

http:// www.ct.ufrgs.br/ntcm 9

Pontos importantesPontos importantes

► Atividade do carbono com ref. na grafita

► Fases do sistema ‘M2’

12.2

4.0

5.8

2.4

12.4 11.8

5.1

2.5

75.677.5

8.0

2.1

82.2

1.0

10.0

100.0

M23C6 BCC_A2 M6C MC_SHP C0,88V CrN NV

Fase

Mas

sa [g

]

1,5%C

1%C

Nitretado

CondiçãoLiga C Normal Nitretado C Elevado‘H13’ 0,002 1,9 0,6‘M2’ 0,02 0,18 0,07

http:// www.ct.ufrgs.br/ntcm 10

OtimizaOtimizaçãçãoo

► 30 minutos (ao invés de 90)► 450 V (ao invés de 500) isso produziu uma

redução da temperatura, de 500 para 400°C

http:// www.ct.ufrgs.br/ntcm 11

Resultados Resultados IIII

Testes de usinagem:► Melhora significativa!

00.050.1

0.150.2

0.250.3

0.350.4

0.450.5

0 100 200 300 400 500 600Tempo de corte (min.)

Desg

aste

de

flanc

o VB

B (m

m)

Simples TiN

Novo Duplex TiN

http:// www.ct.ufrgs.br/ntcm 12

ConclusConclusõõeses

► Conclui-se, assim, que, na nitretação, além dasmodificações já esperadas na superfície daspeças sob tratamento, outras podem ter efeito,na região da matriz próxima e além da zona dedifusão. Dentre elas, a modificação, em algumgrau, da sua microestrutura.

► Aparentemente, os fenômenos mencionadosacima podem não se desenvolver plenamentecaso a temperatura e o tempo não foremfavoráveis.