Análise da uniformidade de camada e efeito de borda em amostras de aço rápido nitretadas a plasma em processos direto e em tela ativa

Abstract

Descontinuidades no contorno geométrico de um componente mecânico são pontos de desequilíbrio na engenharia de uma superfície. Concernente à relação Superfície/Volume (𝑆 𝑣⁄ ) e ao raio de convexidade, o aporte térmico e os mecanismos de formação de camada são diferenciados em uma aresta nitretada a plasma por descarga direta. Na nitretação a plasma em tela ativa, forças de interação Coulombianas mais equilibradas decorrem de um elemento catódico secundário, com relação (𝑆 𝑣⁄ ) mais contínua. Nesses casos, os desequilíbrios na aresta sob potencial flutuante decorrem da orientação do fluxo termoquímico, dado a partir do cátodo que a circunda. Com o predomínio de investigações no topo de amostras cilíndricas, de fabricação e preparo consideravelmente mais simples, a influência da tela ativa sob aresta e flanco nitretados a plasma é aspecto pouco explorado na literatura. Sendo críticos em ferramentas de cisalhamento a frio, tais entes geométricos protagonizam o objetivo principal desse trabalho: “Analisar a efetividade da tela ativa sob a uniformidade da nitretação a plasma”. Amostras com arestas padronizadas foram nitretadas com e sem o emprego da tela ativa sob os seguintes parâmetros: 𝑁ଶ⁄𝐻ଶ = 25 75 ⁄ ; 2,5 𝑚𝑏𝑎𝑟 e 500°𝐶. Análises metalográficas, de dureza e espectroscopia de feixe de elétrons foram conduzidas em seções transversais situadas ao longo das arestas nitretadas. Sob a uniformidade da nitretação a plasma, a tela ativa demonstrou influência antagônica entre superfície e aresta. Na aresta, a efetividade da tela ativa limitou-se em reduzir a fragilização decorrente da precipitação em contorno de grãos. Experimentos complementares demonstraram que o nível de tensão residual no flanco de uma amostra nitretada a plasma está relacionado com sua posição em relação à tela ativa

Discontinuities are inherent to the geometric contour of a mechanical component. Asymmetries in surface area to volume ratio (𝑆/𝑣) differentiate surface engineering, especially in direct discharge plasma processes. Coulomb repulsion forces unbalance charge density on a surface under cathodic potential. A greater ionic interaction, near the edges of the sample, increases the heat input and modifies the layer formation mechanism in nitriding processes. Greater stability can be achieved from a secondary cathodic element with a regular (𝑆/𝑣), such a cylindrical screen. In Active Screen Plasma Nitriding, imbalances at a surface under floating potential are limited to those resulting from the orientation of the thermochemical flow, given by the cathode that surrounds it. Due to its inherent vulnerability, preparing the edge for plasma nitriding is a challenging task. Additional preparation of the flank surface in prismatic samples makes this procedure even more laborious too. Although crucial in performance of cold forming tools, flank surface as well as the layer profile in the edge region are not usually investigated. This gap is considered in the main objective of this work, wich is: "To analyse the efectiveness of the active screen on plasma nitriding uniformity". Sample with standard edge were nitrided under the same nitriding atmosphere (𝑁ଶ⁄𝐻ଶ = 25 75 ⁄ ; 2,5 𝑚𝑏𝑎𝑟) and temperature (500°𝐶), with and without active screen. Metallography, hardness profile and Scanning Electron Microscopy were conducted on cross sections located along the nitrided edges. As concerns uniformity of plasma nitriding, Active Screen demonstrated antagonistic influences between surface and edge. At the edge, the effectiveness of active screen was resctricted to reducing embrittlement induced by grain boundary precipitation. Complementary experiments demonstrated that the level