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Título: Análise do Comportamento Tribológico em Ensaios de Microabrasão da Superliga de Cobalto Co-30cr-19fe Nitretada a Plasma
Autor(es): Vieira, Leonardo Belichi
Orientador: Bozzi, Antônio César
Coorientador: Franco Junior, Adonias Ribeiro
Palavras-chave: Superliga de Cobalto
Esclerometria retilínea
Data do documento: 14-Jul-2017
Editor: Universidade Federal do Espírito Santo
Resumo: A aplicação de ligas de cobalto, como a Co-30Cr-19Fe, em componentes usados na produção de etanol de 2ª geração vem sendo estudada. Neste processo, cerca de 8% da carga trabalhada no reator é composta por partículas duras, principalmente sílica. Dessa forma, existe a necessidade de promover o aumento da resistência ao desgaste abrasivo dos componentes do reator. Em meio a este contexto, amostras da superliga de cobalto fundida Co-30Cr19Fe foram submetidas a um tratamento de solubilização e na sequência nitretadas a plasma em baixas temperaturas, objetivando a formação de uma camada dura, resistente ao desgaste e livre de precipitados, conhecida na literatura como fase-S ou austenita expandida. A liga apresentou microestrutura predominantemente homogênea e estrutura cristalina mista, com fases de cobalto α (CFC) e ε (HC). A solubilização foi feita à temperatura de 1200 °C e tempo de tratamento de 8 horas. Três condições de nitretação a plasma foram escolhidas, as temperaturas utilizadas foram de 325, 350 e 400 °C, em todos os casos a mistura gasosa foi de 75% de H2 e 25% de N2, tempo de tratamento de 20 horas e pressão de trabalho de 2,5 Torr. As amostras foram caracterizadas antes e após cada tratamento, utilizando microscopia ótica, medidas de microdureza e difração de raios X. Os ensaios de microabrasão foram realizados no microabrasômetro da marca PLINT modelo TE66, os abrasivos SiO2, Al2O3 e SiC, em suspensão em água destilada e com concentração de 0,1 g/cm3, foram utilizados. O Universal Micro Tester modelo APEX da CETR/Bruker foi empregado nos ensaios de esclerometria retilínea uniforme. O tratamento de solubilização resultou em uma microestrutura mais homogênea, com redução do tamanho médio dos precipitados e dissolução apenas parcial destes, a estrutura do material permaneceu mista. A solubilização não promoveu mudanças importantes na dureza e na resistência ao desgaste do material. A fase-S foi obtida em todas as condições, porém, à temperatura de 400 °C, houve precipitação de nitretos de cromo. A espessura e a dureza das camadas aumentaram de acordo com o acréscimo da temperatura de nitretação. De forma geral, a resistência ao desgaste aumentou após a formação das camadas. As amostras solubilizadas e nitretadas a 350 °C apresentaram, mesmo que ligeiramente, menores coeficientes de desgaste. O abrasivo que proporcionou maior coeficiente de desgaste foi a Al2O3, seguido por SiC e SiO2. O micromecanismo de desgaste dominante em todos os ensaios foi o de abrasão a dois corpos, riscamento. Quando aplicadas pequenas cargas, a fase-S promoveu aumento da dureza ao risco da superliga Co-30Cr-19Fe.
The application ofcobalt alloys, such as Co-30Cr-19Fe,in components used in the production of 2ndgeneration ethanol has been studied.In this process, about 8% of the loadworked in the reactor is composed by hard particles, mainly silica.Thus, it’snecessary to increase the reactor components wear resistance. In this context, samples of the cast superalloy Co-30Cr-19Fewere subjected to a solution treatment and then low temperature plasma nitrided, aiming at the formation of a hard, wear resistant and precipitate free layer known in the literature as S-phase or expanded austenite. The alloy presents predominantly homogeneous microstructure and mixed crystalline structure, with cobalt α(CFC) and cobalt ε(HC) phases. The solution treatment was carried out at 1200 °C and treatment time of 8 hours.Three plasma nitriding conditions were chosen, the temperatures used were 325, 350 and 400 °C, in all cases the gas mixture was 75% H2and 25% N2, treatment time of 20 hours and work pressure of 2.5 Torr. The samples were characterized before and after each treatment using optical microscopy, microhardness measurements and X-ray diffraction. The micro-scale abrasive wear tests were carried out using a Plint TE-66 equipment, three 0,1 g/cm3slurries composed by SiO2, Al2O3and SiC particles,in suspension in distilled water,were used.The CETR/Bruker APEX Universal Micro Tester was used in the scratch tests.The solution treatment resulted in a more homogeneous microstructure, with reduction of the average size of the precipitates and only partial dissolution of these. The solution did not promote major changes in the hardness and wear resistance of the material. S-phase was obtained in all conditions, however, at a temperature of 400 ° C, precipitation of chromium nitrides occurred.Thickness and hardness of the layers increased as the nitriding temperature increased.In general, the wear resistance increased after the layers formation. The solution nitrided at 350 ° C samples showed, even slightly, lower wearcoefficients. The abrasive that provided the highest wear coefficient was Al2O3, followed by SiC and SiO2. The dominant wear micromechanism observed in all tests was two-body abrasion, grooving wear.When small loads were applied, S-phase promoted increasein the scratch hardness of the Co-30Cr-19Fe superalloy.
URI: http://repositorio.ufes.br/handle/10/9760
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