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Tese de Doutorado
DOI
10.11606/T.3.2003.tde-02102003-114623
Documento
Autor
Nome completo
Adonias Ribeiro Franco Júnior
E-mail
Unidade da USP
Área do Conhecimento
Data de Defesa
Imprenta
São Paulo, 2003
Orientador
Banca examinadora
Tschiptschin, Andre Paulo (Presidente)
Godoy, Geralda Cristina Durães de
Mello, Jose Daniel Biasoli de
Pinedo, Carlos Eduardo
Sinatora, Amilton
Título em português
Obtenção de revestimentos dúplex por nitretação a plasma e PVD-TiN em aços ferramenta AISI D2 e AISI H13.
Palavras-chave em português
aços ferramenta AISI H13 e AISI D2
aderência
curvas de início de formação de camada branca
deposição física na fase vapor
desgaste abrasivo
dureza
engenharia de superfície
ensaio estático de indentação
evaporação assistida por arco elétrico
filmes de TiN
materiais para usinagem intermitente
microabrasão
módulo de elasticidade
nanoindentação
nitretação a plasma
precipitação heterogênea in situ de CrN
PVD
resistência a abrasão
revestimentos para aplicações em tribologia
tratamentos dúplex
Resumo em português
No presente trabalho foi avaliado o efeito da microestrutura e da capacidade de suportar carregamento de camadas nitretadas produzidas em aços ferramenta AISI H13 e AISI D2 sobre a aderência e a resistência ao desgaste microabrasivo de revestimentos de TiN-PVD. Em cada um desses aços, foram produzidas camadas nitretadas de diferentes estruturas e espessuras, e foram determinadas experimentalmente as curvas potencial início de formação de camada branca, para a nitretação a 520oC. Para o aço ferramenta AISI H13, o emprego de tempos de pré-tratamento de nitretação mais prolongados ( aproximadamente 11 h) foi necessário para aprofundar a camada nitretada e, conseqüentemente, aumentar a capacidade de suportar carregamento dos revestimentos, evitando a formação de bordas que provocam o lascamento e a escamação das camadas de TiN. Observou-se que esse tipo de falha persiste se a zona de endurecimento for pouco profunda, uma vez que a transição de propriedades mecânicas da camada de TiN para o núcleo não nitretado continua abrupta e a capacidade de suportar carregamento da camada nitretada ainda é baixa. Por outro lado, curtos tempos de nitretação (aproximadamente 42 min.) foram suficientes para aumentar a aderência das camadas de TiN ao aço ferramenta D2, pois o núcleo não nitretado desse aço possui uma capacidade de suportar carregamento razoável. Observou-se que a resistência ao desgaste microabrasivo e a aderência dos revestimentos são prejudicadas com a presença de uma camada preta na interface camada de TiN/camada nitretada. Quando a superfície dos revestimentos é carregada, falhas do tipo “casca de ovo” facilmente ocorrem.
Título em inglês
Duplex coatings on AISI H13 and AISI D2 tool steels by using plasma nitriding and TiN-PVD.
Palavras-chave em inglês
cold and hot working tool steels
depth-sensing indentation
duplex treatments
elastic modulus
electrical arc discharge vaporation
hardness
in situ heterogeneous precipitation of CrN
interrupted-cut machining
micro-scale abrasive wear
PAPVD
plasma assisted physical vapour deposition
plasma nitriding
Rockwell-C adhesion test
surface engineering
threshold nitriding potential
tribologycal coatings
Resumo em inglês
In this work, the influence of both the microstructure and the load-bearing capacity of nitrided layers, formed on top of AISI D2 and AISI H13 tool steels, on adhesion and wear resistance of PVD-TiN coatings was studied. The threshold nitriding potential curves for the above mentioned steels and the optimum conditions of the pre-treatments which increased the adhesion as well as the wear resistance of the PVD-TiN were determined experimentally. By using longer nitriding times (about 11 h) and lower nitrogen contents in the gas mixture (about N2-5%vol.), it was possible to minimize the pile-up degree of the TiN/H13 nitrided substrates and, consequently, the occurrence of coatings chipping. This flaw persists when the nitrided layer is thin, due to an abrupt transition of mechanical properties at the TiN coating / steel core interface. Shorter nitriding times (about 42 min.) and lower nitrogen contents (about N2-5%vol.), on the other hand, are sufficient to guarantee a better adhesion of TiN coatings on AISI D2 tool steel, as the core of such steel possesses relatively better load-bearing capacity than the AISI H13 tool steel. The presence of a black layer at the TiN/nitrided layer interface was observed in all coatings deposited over nitrided layers produced above the threshold nitriding potential curves. This layer affects adversely the wear resistance and the adhesion of the TiN coatings. When higher loads are applied on the coated surface, “egg shell” type flaws easily occur.
 
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Tese.pdf (13.14 Mbytes)
Data de Publicação
2003-10-30
 
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