Influência de nitretação à plasma sobre a resistência à fadiga do aço API 5L grau B

Abstract

Para se desenvolver aços de alta resistência para tubulações, requisitos como resistência mecânica e tenacidade cada vez mais rigorosos vem sendo considerado pelas indústrias petrolíferas. Para atender às exigências de mercado sem que haja perda de tenacidade e outras propriedades mecânicas esses aços precisam dispor de mecanismos de endurecimento e de aumento de resistência à fadiga. Uma das alternativas é a nitretação à plasma. Neste trabalho foram investigadas propriedades mecânicas como vida em fadiga, limite de resistência à fadiga, limiar de propagação de trincas e microdureza Vickers do aço API 5L Grau B o qual foi modificado superficialmente por meio de tratamento termoquímico de nitretação à plasma ou iônica. Neste contexto, verifica-se a importância de tratamentos térmicos ou termoquímicos de endurecimento superficial como nitretação à plasma para promover o retardo da nucleação e iniciação de trincas por fadiga. A nitretação à plasma tem sido largamente utilizada em muitas aplicações industriais por apresentarem melhorias nas propriedades mecânicas, tribológicas e químicas de diferentes materiais. Corpos de prova (Cp’s) cilíndricos, tipo ampulheta e CT’s (Compact Tension Specimen), foram usinados e nitretados para realização de ensaios. Os ensaios foram realizados em corpos de prova com e sem tratamento. Os parâmetros utilizados para nitretação à plasma foram tempos de tratamento de 8, 24 e 48 horas, a uma temperatura de 515°C com pressão de 2,6; 2,8 e 2,9 mbar, respectivamente, mistura gasosa de 80% vol.H2 e 20% vol. N2. As propriedades das camadas nitretadas obtidas nas amostras foram avaliadas por meio de microdureza superficial, análise microestrutural com microscópio ótico e eletrônico de varredura (MEV), difratometria de raios X (DRX) para identificar as fases formadas nas camadas e para medição de tensões residuais, além de ensaios de fadiga para construção da curva S-N para cada tipo de camada. Avaliou-se também a propagação de trincas com controle de ΔK, a fim de obter os valores do limiar de propagação de trincas, ΔKth. O material nitretado apresentou aumento de tensões residuais compressivas ganhos na faixa de 289%,104,8% e 151,76%, aumento do limite de resistência à fadiga na faixa de 40%, ganho na microdureza Vickers na faixa de 200%, aumentos da vida em fadiga com ganhos em todos os casos e aumentos do limiar de propagação de trincas ΔKth na faixa de 250%. Foi possível concluir, a partir dos resultados experimentais, que a nitretação à plasma, realizada em diferentes tempos de tratamento, influencia na resistência à fadiga e na dureza do aço API 5L grau B.