Surface hardening of IF steel by plasma nitriding: Effect of a shot peening pre-treatment

Manfridini, Ana P.A.; Godoy, Cristina; Wilson, J. C. Avelar-Batista; Auad, Marcos V.

doi:10.1016/j.surfcoat.2014.09.064

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“…Após o corte, as amostras foram submetidas à pré-deformação por shot peening, de acordo com a norma SAE-MAS-S-13165 [9]. Embora estudo anterior [4] tenha indicado que o processo de shot peening não aumentou a cinética de nitretação, ele proporcionou um melhor estudo dos precipitados formados. Os parâmetros utilizados no shot peening foram: granalhas de aço inox ABNT 316 com diâmetro de 0,09 mm a 0,2 mm.…”

Section: Materiais E Métodosunclassified

“…Sabe-se que a camada de compostos é formada por nitretos -Fe2-3N e γ'-Fe4N. No entanto, esses nitretos não podem ser resolvidos por MEV [4,6]. Assim, a proporção e quantidades das fases da camada de compostos devem ser analisadas por outras técnicas, como DRX e Método Rietveld.…”

Section: Análise Microestrutural Por Mevunclassified

“…Com o aumento da temperatura, esses precipitados tornamse maiores e mais bem definidos. Segundo o diagrama Fe-N [4,6] é esperada a presença de dois tipos de nitretos de menor teor de nitrogênio na zona difusão, que são γ'-Fe4N e α"-Fe16N2. A fase γ'-Fe4N localiza-se normalmente logo abaixo da camada de compostos, tem morfologia de agulhas finas e grandes e sua presença é relacionada a altas temperaturas e longos tempos de tratamento.…”

Section: Análise Microestrutural Por Mevunclassified

“…A camada de compostos é uma camada mais externa, formada por nitretos de ferro -Fe2-3N de estrutura hexagonal compacta e pela fase cúbica de face centrada '-Fe4N [3]. Na zona de difusão, os nitretos são dos tipos '-Fe4N na forma de grandes agulhas e ''-Fe16N2 na forma de finas placas [4,5]. Ainda de acordo com o diagrama de fases Fe-N [2,3,6,7], as fases mais ricas em nitrogênio são -Fe2-3N e '-Fe4N.…”

Section: Introductionunclassified

“…A modificação superficial por nitretação a plasma desses aços contribui para o aumento da sua aplicabilidade uma vez que uma boa resistência mecânica superficial pode ser obtida. Uma profundidade de endurecimento de até 500m e um aumento de até duas vezes na dureza do aço IF não modificado foi alcançada no tratamento de nitretação a plasma a 500 °C por 4 horas [4]. No presente trabalho, a cinética da precipitação de nitretos em função da temperatura em aços IF foi investigada.…”

Section: Introductionunclassified

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Caracterização Estrutural De Aços Interstitial Free Nitretados a Plasma

Manfridini¹,

Godoy²,

Santos³

2018

ABM Proceedings

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ResumoA formação de nitretos na superfície de aços Interstitial Free (IF) nitretados a plasma em função da temperatura de tratamento foi investigada. Amostras de aço IF estabilizados ao Ti, laminado a frio e com shot peening foram nitretadas a plasma nas temperaturas de 450°C, 475°C e 500°C durante 4 horas. A camada nitretada resultante foi caracterizada por microscopia eletrônica de varredura (MEV), difração de raios-X (DRX) e método Rietveld. As imagens de MEV revelaram duas principais regiões na camada nitretada formada nas três temperaturas de tratamento: uma camada de compostos constituída de -Fe2-3N e '-Fe4N e uma camada de difusão apresentando uma matriz ferrítica com finos precipitados de ''-Fe16N2. Através da DRX, foi observada uma variação na proporção das fases -Fe2-3N e '-Fe4N. A partir de análises Rietveld, foi sugerido que a maior temperatura de nitretação facilitou a formação de nitretos -Fe2-3N, uma vez que a quantidade dessa fase aumentou de 475°C para 500°C. A presença deste precipitado com maior teor de nitrogênio sugere uma possível maior aplicabilidade dos aços IF. Palavras-chave: Aço IF; Caracterização estrutural; Nitretação a plasma; Rietveld Method. STRUCTURAL CHARACTERIZATION OF PLASMA NITRIDED INTERSTITIAL FREE STEELS AbstractThe formation of nitrides in the surface of plasma nitrided IF steels as a function of the temperature was investigated. Three cold-rolled Ti-stabilized IF steel plates were plasma nitrided after shot peening for 4h at three different temperatures: 450°C, 475°C, and 500°C. The resultant nitrided layers were then characterized by scanning electron microscopy (SEM), X-ray diffraction (DRX), and Rietveld Method. SEM images revealed two main sublayers in the nitrided layer formed at the three conditions: a compound layer constituted of -Fe2-3N and '-Fe4N, and a diffusion layer presenting a ferritic matrix with fine ''-Fe16N2 precipitates. Through XRD, it was observed a variation of proportion between -Fe2-3N and '-Fe4N. From the Rietveld analysis, it was suggested that higher nitriding temperatures facilitate the formation of -Fe2-3N, once its quantity increased from 475°C to 500°C. It can be interesting, because the applicability of nitrided IF steels can be broadened.

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Section: Materiais E Métodosunclassified

Section: Análise Microestrutural Por Mevunclassified

Section: Introductionunclassified

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Caracterização Estrutural De Aços Interstitial Free Nitretados a Plasma

Manfridini¹,

Godoy²,

Santos³

2018

ABM Proceedings

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Understanding crack growth within the γ′ Fe4N layer in a nitrided low carbon steel during monotonic and cyclic tensile testing

Varanasi,

Koyama,

Yokoi

et al. 2024

J Mater Sci

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Nitriding is a cost-effective method to realize simultaneous improvements in tensile and fatigue properties and resistance to abrasion and corrosion. Previous studies reported that nitriding pure Fe enhances tensile strength by ~ 70% and fatigue limit by ~ 200%. It is due to the increase in surface hardness caused by the formation of γ′(Fe4N) and ε(Fe2-3N) nitrogen-containing intermetallic compound phases. However, the intermetallic compound layer is prone to brittle-like cracking. To better design nitrided steels, it is crucial to identify the crack growth mechanisms via analysis of the microstructural crack growth paths within the ~ 4–6 µm thick nitride layer. In the current work, we statistically evaluate the crack propagation behavior in the γ′ Fe4N layer during monotonic and cyclic tensile deformation in nitrided low-carbon steel (0.1 wt% C). Since nitriding typically results in the formation of columnar grains, the effect of morphology needs to be clarified. To this end, the steel was shot-peened and subsequently nitrided to promote equiaxed nitride grains morphology (~ 16% increase). Crack growth paths were comparatively evaluated for multiple cracks, and no significant effect of nitride morphology was observed. {100}γ′ is the predominant transgranular crack path in the monotonic tensile tested specimen, followed by {111}γ′. It is despite the elastic modulus of {111}γ′ < {100}γ′. This contrary behavior is explained by {100}γ′ plane having the lowest surface energy (density functional theory calculations). In the cyclic tensile loaded specimen, experiments revealed that transgranular cracking along {100}γ′ (cracking via symmetric dislocation emission) or {111}γ′ (slip plane cracking) is equally likely. Graphical abstract

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A Novel Heat Treatment Process for Surface Hardening of Steel: Metal Melt Surface Hardening

Zhang

et al. 2017

Metall Mater Trans A

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Surface hardening of IF steel by plasma nitriding: Effect of a shot peening pre-treatment

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Caracterização Estrutural De Aços Interstitial Free Nitretados a Plasma

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