EVALUATION OF CARBIDE AND BORIDE LAYERS PRODUCED ON AISI H13 AND D2 STEELS BY THERMO-REACTIVE TREATMENTS

Neste trabalho, camadas de elevadas durezas e resistentes ao desgaste, constituídas de NbC, VC ou Fe-B, foram produzidas nos aços AISI H13 e D2, por meio de tratamentos termo-reativos em banhos de bórax, com adição de Fe-Nb, Fe-V, Fe-Ti e Al. As amostras foram caracterizadas por meio de microscopias ótica e eletrônica de varredura com EDS (espectroscopia de dispersão de energia), difração de raios-X, GDOS (“Glow discharge optical spectroscopy”), microdureza Vickers, e ensaios de adesividade e desgaste em micro-escala. Para os banhos contendo Fe-Nb/Al, foram obtidas camadas de NbC nos dois aços, com espessuras médias de 6,2 mícrons, quando produzida no aço AISI H13, e 15,6 mícrons para o aço AISI D2. No caso do banho com adição de Fe-V/Al, produziram-se camadas de VC, com espessuras médias de 5,8 e 14,2 mícrons, para os aços AISI H13 e D2, respectivamente. As durezas das camadas de NbC e VC situaram-se na faixa de 2338 a 2471HV. No caso dos banhos contendo Fe-Ti e Al ou apenas Al, foram produzidas camadas de boretos, principalmente FeB e Fe2B, com espessuras variando de 30 a 130 mícrons, e durezas médias na faixa de 1583 a 1742HV. Os ensaios de adesividade evidenciaram as excelentes aderências das camadas com os substratos. Todas as camadas apresentaram resistências ao desgaste muito superiores as dos substratos, destacando-se as camadas de NbC e VC. Os ensaios de desgaste em micro-escala foram realizados sob carga elevada e sem uso de abrasivo, simulando condições de desgaste adesivo-abrasivo, uma vez que inexistem dados a respeito desse comportamento. Com o decorrer do ensaio, o modo de desgaste passou de adesivo para abrasivo, o que foi registrado pela presença de sulcos paralelos e de superfícies polidas nas calotas de desgaste.In the present work, hard and wear resistant layers, consisting of NbC, VC or Fe-B, were produced on AISI H13 and D2 steels, by thermo-reactive treatments in borax baths, added with Fe-Nb, Fe-V, Fe-Ti and Al. Samples were characterized by optical and scanning electron microscopy, energy dispersive X-ray spectrometry (EDS), X-ray diffraction (XRD), Glow discharge optical spectroscopy (GDOS), Vickers microhardness, and adhesion and micro-scale wear tests. For the baths containing Fe-Nb/Al, the layers obtained on both steels consisted of NbC, with an average thickness of 6.2 micrometers, when formed on AISI H13 steel, and 15.6 micrometers for the AISI D2 steel. In the case of borax bath added with Fe-V/Al, the produced layers contained VC, which had average thicknesses of 5.8 and 14.2 micrometers, for the AISI H13 and D2 steels, respectively. The hardness of the NbC and VC layers varied from 2338 to 2471HV. In the case of the borax bath containing Fe-Ti and Al or only Al, boride layers were produced, mainly FeB and Fe2B, with depths ranging from 30 to 130 micrometers, and average hardnesses varying from 1583 to 1742HV. The obtained layers presented excellent adhesion to the substrates. All layers presented wear resistance superior to the substrates, mainly the NbC and VC layers. The micro-scale wear tests were performed under high applied loads and without addition of abrasive, thus simulating adhesive-abrasive wear conditions, as there is no existing data concerning this wear behavior. During the micro-scale wear test, the wear mode changed from adhesive wear to abrasive wear, which was verified by the presence of parallel grooves and smooth surfaces in the wear craters