Avaliação da resistência à cavitação de revestimentos depositados pelo processo de soldagem MIG com posterior nitretação por plasma

Submitted by arlindo kohlrausch (ajfk@uepg.br) on 2022-09-13T18:00:30Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 811 bytes, checksum: e39d27027a6cc9cb039ad269a5db8e34 (MD5) _Henrique Ajuz Holzmann.pdf: 17094984 bytes, checksum: a6906f6aa98fca11fb37daf216f9635f (MD5) Made available in DSpace on 2022-09-13T18:00:30Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 811 bytes, checksum: e39d27027a6cc9cb039ad269a5db8e34 (MD5) _Henrique Ajuz Holzmann.pdf: 17094984 bytes, checksum: a6906f6aa98fca11fb37daf216f9635f (MD5) Previous issue date: 2022-08-12 A erosão por cavitação, é um fenômeno presente em componentes hidráulicos, onde ocorre a variação de pressão no interior do fluido, gerando mecanismos de desgaste cíclicos e promovendo a falha por fadiga da superfície exposta. Este desgaste está presente em pás de rotores hidráulicos, em especial, de turbinas de geração de energia, sendo responsáveis por elevados custos de manutenção e perdas de geração devido a paradas para reparo. Como material de recuperação das áreas cavitadas, destacam-se as ligas inoxidáveis austeníticas, em especial ligados ao Cobalto, no entanto estas ligas apresentam elevados custos. Desta forma estudar superligas resistentes ao desgaste, bem como processos de melhoria da superfície, se apresentam como saídas aos elevados custos. Este trabalho buscou comparar o comportamento em desgaste de ligas austeníticas, Inconel 625 e Cavitec, depositados pelo processo MIG com e sem posteriormente nitretação a plasma em substrato de aço CA6NM. Foram efetuados processos de deposição através de soldagem MIG, na sequência nitretação a plasma, via PI3, e por fim a avaliação do desgaste por cavitação segundo a Norma ASTM G 32. Realizaram-se analises da microestrutura por microscopia ótica e FEG, de composição química por EDS, das fases presentes pela análise de DRX e EBSD. Efetuou-se ensaios tribológicos das superfícies, e através de FEG e EBSD um acompanhamento e identificação dos mecanismos de desgaste, transformação de fases e orientações cristalográficas, durante ensaio de cavitação. Os revestimentos soldados apresentaram baixa diluição, boa coesão, pequenas regiões de ZPD e baixa porosidade, sendo sua microestrutura majoritariamente austeníticas, organizada em grãos colunares com a presença de regiões de ferrita delta (δ). As camadas nitretadas apresentaram aspecto coeso com espessuras média para o revestimento Cavitec de 1,49 μm e para o revestimento Inconel 625 de 1,11 μm. Obteve-se fase de austenita expandida (S), além de nitretos de cromo (CrN) e de nitretos de ferro (Fe4N), em pequena quantidade. O processo de nitretação propiciou maior resistência a cavitação, sendo que a que as amostras permaneceram por um maior período na etapa de incubação. A camada nitretada atuou de maneira a formar uma barreira ao início prematuro da perda de massa, apresentando aspecto de fratura superficial como dano inicial. Nas amostras não nitretadas, o dano tem início preferencial nos contornos de grãos e bandas de deslizamento, sendo que o dano ocorre de forma mais intensa na amostra de Inconel 625. As orientações , textura Goss, no revestimento Cavitec, apresentaram maior resistência ao processo de cavitação, principalmente pelo gasto energético durante a transformação martensítica, apresentando fase intermediária γ → ε + α’. Os grãos com orientação Cubo rodado sofreram maior desgaste, devido a passagem direta γ → α’, ou ao desgaste diretamente na fase austeníticas. De maneira geral as amostras de Cavitec absorveram maior quantidade de energia proveniente do processo de cavitação, características estão ligadas diretamente a EFE do material, favorecendo uma sequência de transformação γ → ε + α’. Já a nitretação se mostrou como uma excelente alternativa para um aumento a resistência a cavitação da superfície. Erosion by cavitation is a phenomenon present in hydraulic components, where pressure variation occurs inside the fluid, generating cyclical wear mechanisms and promoting failure due to fatigue on the exposed surface. This wear is present in hydraulic rotor blades, especially in power generation turbines, being responsible for high maintenance costs and generation losses due to repair stops. As a material for the recovery of cavitated areas, austenitic stainless alloys stand out, especially those linked to Cobalt, however these alloys have high costs. In this way, studying wearresistant superalloys, as well as surface improvement processes, are presented as high-cost solutions. This work sought to compare the wear behavior of austenitic alloys, Inconel 625 and Cavitec, deposited by the MIG process with and without subsequent plasma nitriding on a CA6NM steel substrate. Deposition processes were carried out through MIG welding, followed by plasma nitriding, via PI3, and finally the evaluation of wear by cavitation according to ASTM G 32 Standard. Microstructure analyzes were carried out by optical microscopy and FEG, of chemical composition by EDS, of the phases present by the XRD and EBSD analysis. Tribological tests were carried out on the surfaces, and through FEG and EBSD monitoring and identification of wear mechanisms, phase transformation and crystallographic orientations were carried out during the cavitation test. The welded coatings showed low dilution, good cohesion, small regions of ZPD and low porosity, and their microstructure was mostly austenitic, organized in columnar grains with the presence of delta ferrite (δ) regions. The nitrided layers presented a cohesive appearance with average thickness for the Cavitec coating of 1.49 μm and for the Inconel 625 coating of 1.11 μm. Expanded austenite (S) phase was obtained, in addition to chromium nitrides (CrN) and iron nitrides (Fe4N), in small amounts. The nitriding process provided greater resistance to cavitation, and the samples remained for a longer period in the incubation stage. The nitrided layer acted to form a barrier to the premature onset of mass loss, presenting an aspect of superficial fracture as the initial damage. In the non-nitrided samples, the damage starts preferentially at the grain boundaries and slip bands, with the damage occurring more intensely in the Inconel 625 sample. to the cavitation process, mainly due to the energy expenditure during the martensitic transformation, presenting an intermediate phase γ → ε + α'. The grains with orientation Rotated cube suffered greater wear, due to the direct passage γ → α', or to the wear directly in the austenitic phase. In general, the Cavitec samples absorbed a greater amount of energy from the cavitation process, characteristics are directly linked to the EFE of the material, favoring a transformation sequence γ → ε + α'. Nitriding proved to be an excellent alternative to increase the surface cavitation resistance.