Assessment of the cavitation erosion resistance in high nitrogen austenitic stainless steels: study of the wear mechanisms

Amostras do aço inoxidável UNS S31803, nitretadas em alta temperatura, com 0,9 % de nitrogênio em solução sólida foram submetidas a ensaios de cavitação vibratória em água destilada. As amostras foram, previamente, caracterizadas por meio de difração de elétrons retroespalhados, EBSD, num microscópio eletrônico de varredura (MEV). Posteriormente, durante os ensaios de cavitação, o dano superficial das amostras foi, periodicamente, avaliado por observação no MEV das superfícies desgastadas. O aço austenítico convencional UNS S30403 foi usado como material de comparação. Nas primeiras etapas dos ensaios de cavitação, ocorreu deformação plástica da superfície, que pôde ser caracterizada como altamente heterogênea na escala do tamanho de grão. Em etapas posteriores, ocorreu perda de massa por desprendimento de partículas de desgaste (debris), como conseqüência de fadiga de baixo ciclo. O início do dano ocorreu tanto no interior dos grãos como nos contornos de grão; os contornos de macla mostraram as regiões mais suscetíveis. Os grãos com planos (101) orientados aproximadamente paralelos à superfície das amostras apresentaram maior resistência ao desgaste que os grãos com outras orientações cristalográficas. A maior resistência ao desgaste dos grãos com textura (101) || superfície foi atribuída a uma menor tensão projetada para deformar, plasticamente, esses grãos. A diminuição da referida tensão se dá em função das tensões impostas na superfície cavitada pela implosão de bolhas de vapor.Specimens of a UNS S31803 steel were submitted to high temperature gas nitriding and then to vibratory pitting wear tests. Nitrided samples displayed fully austenitic microstructures and 0.9 wt. % nitrogen contents. Prior to pitting tests, sample texture was characterized by electron backscattering diffraction, EBSD. Later on, the samples were tested in a vibratory pit testing equipment using distilled water. Pitting tests were periodically interrupted to evaluate mass loss and to characterize the surface wear by SEM observations. At earlier pit erosion, stages intense and highly heterogeneous plastic deformation inside individual grains was observed. Later on, after the incubation period, mass loss by debris detachment was observed. Initial debris micro fracturing was addressed to low cycle fatigue. Damage started at both sites, inside the grains and grain boundaries. The twin boundaries were the most prone to mass-loss incubation. Grains with (101) planes oriented near parallel to the sample surface displayed higher wear resistance than grains with other textures. This was attributed to lower resolved stresses for plastic deformation inside the grains with (101) || surface texture