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Mestrado - Yukyhiro Inomata Oikava

por dirppg-ct publicado 18/03/2019 08h48, última modificação 18/03/2019 08h48
Comportamento tribológico da liga Inconel 718 tratada por nitretação a plasma em gaiola catódica.
Quando
21/03/2019
de 10h00 até 13h00
(America/Sao_Paulo / UTC-300)
Onde
Sede Ecoville: EK-104
Participantes
Prof. Giuseppe Pintaúde, Dr. Orientador - UTFPR
Banca examinadora:
Prof. Giuseppe Pintaúde, Dr. Presidente - UTFPR
Prof. Carlos Maurício Lepienski, Dr. - UTFPR
Prof. Rodrigo Lupinacci Villanova, Dr. - UTFPR
Prof. Rodrigo Perito Cardoso, Dr. - UFPR
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Resumo: As superligas à base de níquel, como Inconel 718, na indústria de petróleo e gás são amplamente utilizadas para atender aos requisitos de projeto técnico devido às condições de aplicação. Mesmo com adequada resistência à corrosão a liga de Inconel 718 pode ter suas aplicações limitadas devido a sua relativa baixa dureza com consequente inadequada resistência ao desgaste. Uma alternativa para que este problema pode ser resolvido é através do processo de nitretação assistido por plasma. Neste trabalho foi realizado um estudo comparativo a fim de comparar o comportamento tribológico de superfícies tratadas termoquimicamente imersas em solução salina. O presente estudo determinou a carga crítica em ensaio de riscamento linear com carga variável de 2 N a 8 N da liga Inconel 718 tratada termoquimicamente pela técnica nitretação a plasma em gaiola catódica (ASPN). As superfícies foram caracterizadas através das técnicas de difratrometria de raio-X, microdureza superficial, interferometria 3D além do microscópio optico e microscópio eletrônico de varredura (MEV). As propriedades da superfície foram verificadas em função da dureza e rugosidade, enquanto que o comportamento tribológico foi obtido por meio da configuração esfera sobre plano, em movimento alternado, avaliando o coeficiente de atrito, volume e mecanismos de desgaste. Diferentes materiais foram utilizados como contracorpos, sendo estes um aço rolamento e o nitreto de silício. Através do ensaio de riscamento linear com carga variável foi possível determinar a carga máxima de 5 N, correspondente ao início da falha na superfície tratada. O tratamento de nitretação promoveu um aumento na resistência à abrasão do substrato de Inconel 718. Os contracorpos influenciaram diretamente no comportamento tribológico dos tribossistemas ensaiados, principalmente nos mecanismos de desgaste observados para os corpos-de-prova nitretados e sem tratamento. O tribossistema que apresentou menor coeficiente de atrito e menor desgaste foi composto pela esfera de aço deslizando sobre a superfície nitretada. A camada de óxido formada encontrou condições para atuar como uma interface protetora e lubrificante, em combinação com a mais alta dureza superficial após tratamento de nitretação por plasma. Quando a esfera de nitreto de silício foi usada como contra corpo, o mecanismo de abrasão foi predominante, eliminando inclusive o efeito benéfico da camada nitretada sobre a superfície, tanto no atrito, quando no volume desgastado.

Palavras-chave: Inconel 718, Nitretação por plasma em gaiola catódica, Ensaio de riscamento linear, Desgaste por deslizamento.

 

Tribological behavior of Inconel 718 treated by active screen plasma nitriding.

Abstract: Nickel-based superalloys, such as Inconel 718, in the oil and gas industry are widely used to comply technical design requirements due to the application conditions. Even with suit corrosion resistance the Inconel 718 alloy may have limited applications due to its relatively low hardness with consequent improper wear resistance. One alternative for this problem to be solved is through the plasma assisted nitriding process. In this work a comparative study was carried out to compare the tribological behavior of thermochemically treated surfaces submerged in saline solution. The present study settled the critical load between a 2 N to 8 N applying variable load at linear scratch test of the Inconel 718 alloy, which was treated by Active Screen Plasma Nitriding (ASPN). The surfaces were characterized by the techniques of XRD (X-Ray Diffraction), Vickers microhardness measurement, 3D optical interferometry and in addition to the optical microscopy and SEM (Scanning electron microscopy). The properties of the surface were verified as per hardness and roughness, while the tribological behavior was obtained by means of the ball-on-plane configuration, in reciprocating motion, evaluating the coefficient of friction, volume and wear mechanisms. Different materials were used as counterbody, these being a bearing steel and silicon nitride. Through the linear scratch test with variable load applied, it was possible to set the maximum load of 5 N, corresponding to the beginning of the failure on the treated surface. The nitriding treatment promoted an increase at the abrasion resistance on Inconel 718 substrate. The counterbodies influenced straight on tribological behavior of the tested tribosystems, especially at the wear mechanisms observed for the nitrided and untreated specimens. The tribosystem which presented lower coefficient of friction and less wear was composed by the steel sphere sliding on the nitrided surface. The oxide layer meet conditions to behave as a protective and lubricant interface, in combination with the highest surface hardness after plasma nitriding treatment. When the silicon nitride sphere was used as against body, the abrasion mechanism was predominant, even eliminating the beneficial effect of the nitrided layer on the surface, both in the friction, as well as in the worn volume.

Keywords: Inconel 718, Active Screen Plasma Nitriding, Scratch test, Reciprocating test.

 

Lista de publicações:

OIKAVA, Y.; PINTAUDE, G.; DONG, H.; LI, X. Tribological behavior of Inconel 718 treated by Active Screen Plasma Nitriding. Offshore Technology Conference - OTC Brasil. Rio de Janeiro - RJ, 2019.
OIKAVA, Y.; PINTAUDE, G.; DONG, H.; LI, X. Determinação da carga crítica em ensaio de riscamento linear da liga Inconel 718 tratada superficialmente assistido por plasma. Workshop em engenharia de superfícies - Rumos da pesquisa acadêmica e oportunidades de aplicações na indústria. Curitiba-PR, 2019.