Erosão, corrosão, erosão-corrosão e cavitação do aço ABNT 8550
nitretado a plasma

Silva, Flávio José da

Please use this identifier to cite or link to this item: https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/14679

Document type:	Tese
Access type:	Acesso Aberto
Title:	Erosão, corrosão, erosão-corrosão e cavitação do aço ABNT 8550 nitretado a plasma
Alternate title (s):	Erosion, Corrosion, Erosion-Corrosion and Cavitation of ABNT 8550 Plasmanitrided Steel
Author:	Silva, Flávio José da
First Advisor:	Franco, Sinésio Domingues
First member of the Committee:	Mello, José Daniel Biasoli de
Second member of the Committee:	Silva, Márcio Bacci da
Third member of the Committee:	Macêdo, Marcelo Camargo Severo de
Fourth member of the Committee:	Schultz, Marcelo
Fifth member of the Committee:	Rocha, Alexandre da Silva
Summary:	O aço ABNT 8550 é utilizado na construção de rotores de bombas multifásicas para exploração de petróleo em águas oceânicas profundas, o que justifica um estudo visando o aumento da resistência ao desgaste e à corrosão deste material. Neste trabalho, foram analisadas amostras nitretadas do aço ABNT 8550 com ênfase na resistência à erosão, corrosão, erosão associada à corrosão, e cavitação. Adicionalmente, foram avaliadas amostras nitretadas com deposição adicional de revestimentos aplicados por PVD. O procedimento experimental incluiu: a) produção e caracterização de diferentes tipos de amostras, variando-se a microestrutura do material de base (martensita revenida e ferritaperlita) e os principais parâmetros de nitretação; b) testes de corrosão em água do mar sintética sem escoamento (parada); c) a construção e avaliação de um aparato para simular a erosão e a corrosão, além da ação conjunta destes fenômenos, e d) a realização de testes de cavitação pelo método de vibração ultra-sônica. Os resultados de caracterização das amostras mostraram que um maior tempo de nitretação e maior teor de nitrogênio resultam em maiores espessuras de camadas nitretadas. Com relação à dureza máxima dessas camadas, notou-se um decréscimo desse parâmetro com o aumento do tempo de tratamento das amostras nitretadas com mistura de 5% de N2; em atmosferas com 76% de N2, a dureza máxima se manteve constante. A microestrutura do material base não influenciou de forma significativa na espessura da camada nitretada, nem no perfil de dureza das amostras. A combinação de revestimentos PVD com nitretação em amostras sem camada branca resultou num conjugado com boa adesividade e elevada dureza. A nitretação e a aplicação de revestimentos de CrN e AlCrN melhoram significativamente as características eletroquímicas do aço ABNT 8550 em água do mar, reduzindo potencial e corrente de corrosão. A presença de camada branca em amostras nitretadas melhora ligeiramente o desempenho em corrosão, em comparação com o da zona de difusão. A infra-estrutura projetada e construída para a realização dos ensaios de erosão e erosão-corrosão permitiu avaliar os diferentes materiais selecionados neste trabalho. Amostras beneficiadas e recozidas do aço ABNT 8550 apresentam a mesma taxa de erosão e um mecanismo de desgaste do tipo dútil. A taxa de desgaste das amostras nitretadas é sistematicamente menor que a observada em amostras sem nitretação. O aspecto frágil da camada branca foi observado através da maior taxa de desgaste na incidência normal das partículas erosivas. Em ângulos rasos, a camada branca tem maior resistência à erosão que a zona de difusão. A taxa de desgaste (em g/g) dos revestimentos de CrN e AlCrN é significativamente menor que a de amostras nitretadas. Considerando a relação taxa de desgaste/espessura das camadas produzidas, as amostras nitretadas com camada branca possuem um desempenho equivalente aos dos revestimentos. O melhor desempenho é da zona de difusão, de espessura maior. Nas condições de teste empregadas, não houve sinergia nos resultados de erosão-corrosão de todos os materiais testados. A nitretação melhora a resistência à cavitação do aço ABNT 8550, todavia, sugere-se que a camada branca seja evitada devido a sua característica frágil. O revestimento de AlCrN, por sua vez, apresentou o melhor desempenho à cavitação, tanto com relação ao CrN, quanto em relação ao aço nitretado. Em geral, a microestrutura ferrítica-perlítica nitretada apresenta indicativo de melhor desempenho quanto à cavitação, quando comparado com o da martensítica.
Abstract:	Multiphase pump rotors for deepwater applications are usually made of ABNT 8550. This justifies a study aiming an improvement of its wear and corrosion resistance. The main purpose of this work was to evaluate erosion, corrosion, erosion-corrosion and cavitation behavior of nitrided ABNT8550 steel. Additionally, nitrided surfaces combined with PVD applied coatings were investigated. The experimental procedure included: a) production and characterization of different types of samples, varying the microstructure of base material (quenched and tempered martensite and ferrite-perlite) and the main nitriding parameters; b) corrosion tests in stagnant synthetic seawater; c) construction and evaluation of an erosion, corrosion, and erosion-corrosion simulation apparatus, and d) ultrasonic cavitation tests. The sample characterization showed that a combination of long nitriding period of time with high nitrogen content leads to thicker layers. Considering the maximum layer hardness, it was observed that it decreases with time when nitriding with 5% N2 and remains constant for samples heat treated in an atmosphere with 76% N2. The base material microstructure influenced neither the thickness nor the hardness profile of the nitrided samples. The combination of nitriding and PVD coatings lead to a combination of good coating adhesion with high hardness in samples without white layer. Nitriding and application of CrN and AlCrN coatings improved significantly the electrochemical characteristics of ABNT 8550 steel in sea water, reducing its potential and corrosion current. The compound layer in nitrided samples slightly improves the corrosion performance, in comparison to the corrosion behavior of the diffusion zone. The designed and built infrastructure for erosion and erosion-corrosion tests allowed the evaluation of different materials. Quenched and tempered and annealed samples of ABNT 8550 steel showed the same erosion rate and the erosion mechanism was the ductile mode. The wear rate of nitrided samples was systematically smaller than that observed at non-nitrided samples. The brittleness of white layer was observed by its higher wear rate at normal impingement of erosive particles. At small impingement angles, the white layer showed higher erosion resistance than that observed at the diffusion zone. The wear rates (in g/g) of CrN and AlCrN coatings were significantly lower than those observed in nitrided samples. Considering the wear rate/coating thickness ratio of the studied layers, the nitrided samples with white layer showed similar performance in comparison to those observed at the CrN and AlCrN coatings. The best performance was observed at the sample with the thickest diffusion zone. Under the present test conditions, no synergy in the erosion-corrosion results was observed. Nitriding improved the cavitation resistance of ABNT 8550 steel, though, according to the present results, it can be suggested that the brittle white layer should be avoided. The AlCrN coating presented the best performance with respect to cavitation, when compared with both CrN and nitrided steel. In general, the nitrided or coated ferrite-perlite microstructure presents an indication of a better performance in respect to cavitation, when compared to that of quenched and tempered martensite.
Keywords:	Aço ABNT 8550 Nitretação Erosão Corrosão Erosão-corrosão Cavitação ABNT 8550 steel Nitriding Erosion Corrosion Erosion-corrosion Cavitation Tribologia Desgaste mecânico Aço Materiais - Erosão
Area (s) of CNPq:	CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA
Language:	por
Country:	BR
Publisher:	Universidade Federal de Uberlândia
Institution Acronym:	UFU
Department:	Engenharias
Program:	Programa de Pós-graduação em Engenharia Mecânica
Quote:	SILVA, Flávio José da. Erosion, Corrosion, Erosion-Corrosion and Cavitation of ABNT 8550 Plasmanitrided Steel. 2008. 272 f. Tese (Doutorado em Engenharias) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2008.
URI:	https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/14679
Date of defense:	29-Jan-2008
Appears in Collections:	TESE - Engenharia Mecânica

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