Comportamento em desgaste por erosão-cavitação e em ensaios por esclerometria linear da liga Stellite 250 submetida a tratamentos térmicos e termoquímico de carbonitreção a plasma

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dc.contributor.advisor1Bozzi, Antonio Cesar
dc.contributor.advisor1Latteshttp://lattes.cnpq.br/3017292130810807
dc.contributor.authorOliveira, Daniela Bahiense de
dc.contributor.authorIDhttps://orcid.org/0000-0002-6173-6316
dc.contributor.authorLatteshttp://lattes.cnpq.br/6977424481086523
dc.contributor.referee1Franco Júnior, Adonias Ribeiro
dc.contributor.referee2Silva, Sidney Nicodemos da
dc.contributor.referee3Orlando, Marcos Tadeu D Azeredo
dc.contributor.referee3IDhttps://orcid.org/0000000283876504
dc.contributor.referee3Latteshttp://lattes.cnpq.br/3562894103432242
dc.contributor.referee4Milan, Julio Cesar Giubilei
dc.date.accessioned2024-05-29T20:55:13Z
dc.date.available2024-05-29T20:55:13Z
dc.date.issued2023-12-04
dc.description.abstractCobalt superalloys are widely used due to their ability to maintain their mechanical, physical and chemical properties when used at high temperatures. However, concerns about the increasing demand for cobalt, unstable prices and few suppliers, make it essential to assess the efficiency of the materials applied. In this context, the present work investigated the effect of heat treatments (solution and aging treatments) and thermochemical plasma carbonitriding on the tribological behavior of the Stellite 250 alloy. The solution treatment was carried out at 1200°C for 1,5 hours and aging at 850°C for 4,5 hours. Thermochemical treatments were carried out at 360°C and 380°C for 9 hours. For tribological characterization, scratch tests were carried out with a progressive load (2 to 20N) and cavitation erosions tests were performed during 15 hours of exposure. The cross-sectional area of the scratches was verified by 3D profilometry. The wear mechanisms of the tribological tests were analyzed by scanning electron microscopy (SEM). The result of the microstructural characterization showed that for the cast alloy, the structure is formed by coarse grains, consisting of the α and ε phases. From the heat treatments, the structure remained mixed. Under all carbonitring conditions there was formation of a double layer of S-phase, composed of an N-enriched phase (SN) and another C-enriched layer (SC). The surface hardness values observed under carbonitrided conditions are in the order of 1100-1500 HV0.01. The scratch tests results showed that plasma carbonitriding condition enabled a considerable reduction in the coefficient of friction in relation to that observed for the Stellite 250 cast alloy. The wear mechanisms were tensile cracks in carbonitrided conditions; and in heat-treated conditions: formation of slip bands on the sides and cracks. The solution treated condition and subsequently carbonitrided at 380°C (SC380) showed greater resistance to cavitation erosion wear than the Stellite 250 cast alloy. Wear mechanisms include premature damage with formation and coalescence of pits, crater formation and brittle behavior of the material due to fatigue.
dc.description.resumoAs superligas de cobalto são amplamente empregadas devido sua capacidade de manter propriedades mecânicas, físicas e químicas em elevadas temperaturas. Contudo, preocupações com aumento da demanda do cobalto, preços instáveis e poucos fornecedores fazem com que seja essencial avaliar a eficiência dos materiais aplicados. Nesse contexto, o presente trabalho investigou o efeito de tratamentos térmicos (solubilização e envelhecimento) e termoquímico de carbonitretação a plasma sobre o comportamento tribológico da liga Stellite 250. A solubilização foi realizada a 1200°C por 1,5 horas e o envelhecimento a 850°C por 4,5 horas. A carbonitretação a plasma foi realizada em 360°C e 380°C por 9 horas. Para caracterização tribológica foram realizados ensaios de esclerometria retilínea com carga progressiva (2 a 20 N) e ensaios de cavitação vibratória por 15 horas de exposição. A área da seção transversal dos riscos foi verificada por perfilometria 3D. Os mecanismos de desgaste dos ensaios tribológicos foram analisados por microscopia eletrônica de varredura (MEV). A caracterização microestrutural da liga fundida mostrou uma estrutura formada por grãos grosseiros, constituídos das fases α-CFC e ε-HC. A partir dos tratamentos térmicos, a estrutura se manteve mista. Em todas condições carbonitretadas, houve formação de uma camada dupla de fase S, composta de uma fase enriquecida com N (SN) sobre uma camada enriquecida com C (S C). Os valores de microdureza na superfície nas condições carbonitretadas foram da ordem de 1100-1500 HV0,01. Os resultados de esclerometria linear instrumentada mostraram que a carbonitretação a plasma possibilitou uma diminuição considerável do coeficiente de atrito em relação ao observado no caso da liga Stellite 250 fundida. Os mecanismos de desgaste das amostras carbonitretadas incluem surgimento de trincas por tensão; e nas amostras tratadas termicamente: formação de bandas de deslizamento nas laterais e trincas. A condição solubilizada e posteriormente carbonitretada a 380°C (SC380) apresentou maior resistência ao desgaste por erosão cavitacional do que a liga Stellite 250 fundida. Os mecanismos de desgaste incluem dano prematuro com formação e coalescência de pites, formação de crateras e comportamento frágil do material por fadiga.
dc.description.sponsorshipFundação Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)
dc.formatText
dc.identifier.urihttp://repositorio.ufes.br/handle/10/12401
dc.languagepor
dc.publisherUniversidade Federal do Espírito Santo
dc.publisher.countryBR
dc.publisher.courseDoutorado em Engenharia Mecânica
dc.publisher.departmentCentro Tecnológico
dc.publisher.initialsUFES
dc.publisher.programPrograma de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica
dc.rightsopen access
dc.subjectStellite 250
dc.subjectTratamento térmico
dc.subjectTratamento termoquímico
dc.subjectEsclerometria linear
dc.subjectErosão-cavitação
dc.subject.cnpqEngenharia Mecânica
dc.titleComportamento em desgaste por erosão-cavitação e em ensaios por esclerometria linear da liga Stellite 250 submetida a tratamentos térmicos e termoquímico de carbonitreção a plasma
dc.typedoctoralThesis
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