Modification and characterization of theAISI-4140, DIN16MnCr5, AND AISI-420C steels surfaces

Plasma nitriding is a surface modification technique used for improving hardness, wear resistance, and fatigue. In this work, samples of AISI-4140, DIN16MnCr, and AISI-420C steels were heat treated, forming martensitic structures, and then were submitted to plasma nitriding for 5 hours at 400, 450, and 500oC, under a hydrogen and nitrogen gas mixture having a pressure of 5 mbar. The samples were characterized by hardness tests, optical microscopy, scanning electron microscopy and X-ray diffraction. There has been an increase in surface hardness as expected from the literature. The rise of nitriding temperature produced an increase in the surface layers thickness. The results obtained show a compact layer composed of Fe4N nitrides and CrN nitrides, identified by X-ray diffraction, characterizing the hardness. With these nitriding temperatures, there was a decrease in hardness caused by the annealing. Nitretação a plasma é uma técnica de modificação superficial para melhorar a dureza, a resistência ao desgaste e à fadiga. Neste trabalho, amostras de aços AISI-4140, DIN16MnCr5 e AISI-420C foram tratadas termicamente formando microestrutura martensítica e em seguida submetidas à nitretação a plasma, por cinco horas, em temperaturas de 400, 450 e 500°C, com pressão 5mbar e uma mistura de gases hidrogênio e nitrogênio. As amostras foram caracterizadas por microscopias óptica e eletrônica de varredura, difração de raios-X e ensaios de microdureza. Foi observado um aumento de dureza, conforme previsões a partir de estudo da literatura. Foram obtidas camadas com aumento da espessura em relação ao aumento de temperatura. Foi observada a presença de nitretos γ (Fe4N) e também nitreto de elementos de liga (CrN) que caracterizam a dureza. Verificou-se o revenimento das camadas endurecidas por têmpera por indução nas temperaturas de nitretação.