Properties of gas nitrided AISI 4140 steel grade

Nitretação está entre os tratamentos superficiais mais efetivos. Os principais benefícios da nitretação aos aços são o aumento da dureza, resistência ao desgaste, resistência à fadiga e resistência à corrosão. Com isso, este trabalho tem por objetivo avaliar a resposta do AISI 4140 a diferentes condições de nitretação, quanto às propriedades químicas, microestruturais, de dureza e propriedades tribológicas. Para isso, foram feitas análises metalográficas, espectroscopia de emissão óptica de descarga incandescente (GDOES), difração de raios-x, microdureza e ensaio pino-sobre-disco. Nitretações gasosas foram executas em duas diferentes condições, com potenciais de nitretação de 0,6 e 2,0. A duração dos tratamentos foi de duas, quatro e seis horas. Adicionalmente, foi realizado um tratamento de nitrocarbonetação de seis horas, com a adição de carbono via injeção de gás de CO2, com potencial de carbonetação de 1,0. Os resultados mostraram a formação de camada branca seguida de uma camada de difusão com gradiente de propriedades como dureza e composição química. Um aumento significativo de dureza de 400 HV é observado na camada de difusão. Os diferentes tratamentos mostraram que o potencial de nitretação tem maior influência sobre a espessura do que o tempo de tratamento. A nitrocarbonetação formou uma camada nitretada 21% menos espessa do que nas amostras nitretadas de mesmo potencial de nitretação, enquanto que a camada de poros foi semelhante. Nos testes tribológicos realizados, houve uma diminuição do desgaste de 61% com a presença da camada nitretada e o modo de desgaste mudou de abrasivo/adesivo para abrasivo.Nitriding is among the most effective surface treatments. The main benefits of nitriding on steels are the increasing in hardness, wear resistance, fatigue resistance and corrosion resistance. Therefore, this study aims to evaluate the response of AISI 4140 to different nitriding conditions, regarding chemical, microstructure, hardness and tribological properties. To accomplish this, metallographic analyzes, optical emission spectroscopy glow discharge (GDOES), x-ray diffraction, hardness and pin-on-disc test were performed. Gaseous nitriding were performed in two different conditions, with nitriding potential of 0.6 and 2.0. The process time was two, four and six hours. Additionally, a nitrocarburizing treatment was carried out with the addition of carbon via CO2 gas injection with carburizing potential of 1.0. The results showed the formation of white layer followed by a diffusion layer with gradient properties as hardness and chemical composition. A significant increase in hardness about 400 HV is observed in the diffusion. The different treatments showed that the nitriding potential have more influence on the thickness than the treatment time. The nitrocarburized sample formed a nitrided layer 21% less thick than the nitrided sample with same nitriding potential, while the pore layer was similar. In performed tribological tests, there was a 61% decrease in wear due to the presence of the nitrided and the wear mode changed from abrasive / adhesive to abrasive mode