Fissuração do anel I-shaped após nitruração gasosa

Abstract

O objetivo deste trabalho é a análise do aparecimento de fissuração, num anel de pistão do tipo I-Shaped, após processo de nitruração gasosa, do aço inoxidável martensítico com 13% Peso de crómio. Foram analisadas as operações até à nitruração gasosa e estudada a sua influência no aparecimento de fissuração. O forno Nitrex com estrutura tubular vertical e o programa de nitruração de dupla fase baseado no método de Carl Floe, foram analisados com a intenção de perceber o seu funcionamento. Foram, também, analisados o material utilizado no processo de fabricação do anel e o seu modo de rotura, com comportamento frágil, até ao núcleo não nitrurado, e localizações especificas ao longo da secção do anel. O comportamento dos parâmetros do forno de nitruração como a temperatura de nitruração, o potencial de nitruração, o fluxo de amoníaco e a pressão foram investigados sobre o seu efeito na microestrutura da camada nitrurada. Foi realizada uma análise à microestrutura da zona de fissuração por difração de Raios-X, por espectroscopia de energia dispersiva (EDD), no microscópio ótico e no microscópio eletrónico de varrimento. Foi, também, analisada a microdureza de várias zonas do anel, incluindo a zona fissurada. A fissuração poderá ser resultado de gradientes térmicos relacionados com a forma da secção, com partes pontiagudas e finas, a não uniformização da temperatura ao longo do forno de nitruração e a formação de diferentes microestruturas.

The objective of this work is the analysis of cracking appearance, in the I-Shaped piston ring type, after the gas nitriding process in a 13% chromium martensitic stainless steel. All operations before gas nitriding were analyzed and studied regarding its influence on the cracking appearance. The vertical and tubular Nitrex type of furnace and the two-stage nitriding program, based on the method Carl Floe, were analyzed regarding is operational understanding. The material used in the ring manufacturing process and its failure mode, with a brittle type of fracture in the nitrided zone and specific locations along the ring section, were also analyzed. The behavior of the nitriding furnace parameters, such as nitriding temperature, nitriding potential, ammonia flow and pressure were investigated on its effects on the microstructure of the nitrided layer. The microstructure of the cracking zone was analyzed by X-rays diffraction, by energy dispersive spectroscopy (EDS), by optical microscope and by scanning electron microscope (SEM) Was also analyzed the micro-hardness of several ring zones and near the cracked area. Thermal gradients associated with the shape of the ring section, with sharp and thin parts, the non-uniformity of temperature throughout the nitriding furnace and the development of different microstructures in the cracked areas may be the cause of cracking.