Elevação do teor superficial de nitrogênio no aço inoxidável austenítico ISO 5832-1

A introdução de nitrogênio em aços inoxidáveis vem sendo estudada desde 1925. Quando presente em solução sólida propicia alguns efeitos como: aumento da resistência mecânica, dureza, resistência à fadiga, ao desgaste e à corrosão. Embora os efeitos benéficos do nitrogênio sobre as propriedades dos aços sejam conhecidos, a introdução desse elemento em teores elevados não é trivial. No presente trabalho, discute-se uma seqüência de processamento envolvendo a nitretação a plasma e a solubilização, objetivando o enriquecimento superficial de nitrogênio em um aço inoxidável austenítico (ISO 5832-1). Para a nitretação, foram estudadas três temperaturas (630, 750 e 870 ºC) e três tempos (1h, 3h e 5h), totalizando nove diferentes condições de nitretação. Os parâmetros de solubilização foram definidos de forma a se obter uma camada com nitrogênio em solução sólida. Após o processamento, as amostras foram caracterizadas por microdureza, difratometria de Raios - X, microscopia ótica e eletrônica de varredura, medidas de tamanho de grão, variação de massa, espectroscopia de dispersão de energia (EDS), espectroscopia por dispersão de comprimento de onda (WDS), medidas magnéticas e de rugosidade superficial. Constatou-se que nas nitretações realizadas em temperaturas elevadas (750 e 870 ºC), o crescimento da camada de compostos apresenta comportamento difusivo e que o aumento da temperatura gera a formação de menores quantidades de nitretos de cromo, promovendo também o desaparecimento dos nitretos de ferro da superfície do material. Os parâmetros de solubilização são dependentes da espessura, da morfologia e da estabilidade dos nitretos presentes na camada de nitretos. Verificou-se também que o processamento a plasma de amostras polidas (Ra = 0,07 µm) na configuração cátodo causa aumento da rugosidade, entretanto não afeta os valores de molhabilidade. Após a solubilização obteve-se camada de até 450 µm com 0,45 % em peso de nitrogênio, modificando o valor inicial do PREN de 28,11 para 34,11. Esta modificação indica ganho de resistência à corrosão por pite. A camada enriquecida com nitrogênio teve aumento da dureza, de 208 para 271 HV0,05.The insertion of nitrogen in stainless steel has been studied since 1925. When in solid solution it produces a few effects such as: increase in mechanical strength, hardness, resistance to fatigue, to wear and corrosion. Although benefic effects of nitrogen on the proprieties of steel are well known, the introduction of this element in high amounts is not trivial. The present work discussed a sequence of procedures involving plasma nitriding and solubilization, aiming at superficial enrichment of nitrogen in commercial austenitic stainless steel (ISO 5832-1). Three nitriding temperatures (630, 750 and 870 ºC) and three times (1h, 3h and 5h) were studied, totaling nine different nitriding conditions. For three of these, solubilization parameters were studied, aiming at obtaining layers with nitrogen in solid solution. After processing, the samples were characterized by microhardness, X - ray diffraction, optical and electronic microscopy, grain size measurement, mass variation, energy dispersive spectrometry (EDS), wavelength dispersive spectrometry (WDS), magnetic and superficial roughness measurements. It was verified that for nitriding in elevated temperatures (750 and 870 ºC) the growth of the compound layer presented diffusive behavior and that the increase in temperature formed smaller amounts of chromium nitrides, also promoting the disappearance of iron nitrides from the surface of the material. The solubilization parameters depend on the thickness, morphology and stability of the nitrides present in the nitride layer. It was also verified that the glow discharge processing of polished samples (Ra = 0.07 µm) in the cathode configuration increased roughness, however it did not affect the wetting angle. According to this processing route, layers enriched with 0.45% wt of nitrogen were obtained for depths up to 450 µm, inducing the initial value of PREN (28.11) to increase to 34.11. This modification indicated improved pitting corrosion resistance. The hardness of the material also significant increased, from 208 to 271 HV0.05