Efeito da implantação iônica por imersão em plasma no aço ferramenta tipo H13

Abstract

O processo de nitretação vem sendo cada vez mais desenvolvido por ser uma técnica extremamente útil para melhorar a vida das ferramentas seja em trabalhos a quente ou a frio. O pleno entendimento do comportamento dos aços ao receber o processo de nitretação é de fundamental importância para o desempenho das ferramentas. O aço H13 é um dos mais utilizados na indústria de extrusão de alumínio, sendo o processo de nitretação de grande importância para elevar a vida de ferramenta ou matrizes e minimizar o custo operacional. Assim nesse trabalho se estudou o comportamento deste aço temperado e revenido para dureza de 48 HRC ao ser submetido ao processo de implantação iônica por imersão em plasma IIIP. Estudouse os principais parâmetros do processo utilizado quanto a temperatura, pressão, pulso, voltagem, frequência, misturas de gases e tempo de exposição de maneira a encontrar uma dureza superficial acima de 1000 sem a ocorrência de camada de compostos. Observou-se que o processo de implantação iônica por imersão ao ser realizado em baixas temperaturas, produz uma camada muito fina com dureza elevada, devido a grande energia imposta aos íons pelo IIIP. A dureza elevada na superfície promovem uma redução no coeficiente de atrito, transformando o desgaste adesivo em desgaste abrasivo, objetivado para ferramentas de corte de alta performance. À medida que se eleva a temperatura de exposição, elevam-se a espessura da camada implantada sem que houvesse a ocorrência de camada de compostos por praticar altas tensões na região catódica.

The nitriding processo has been increasingly developed as it is an extremely useful technique to improve the life of tools whether in hot or cold work. A full understanding of the behavior of steels following nitriding is of fundamentals importance for the development of tools The steel H13 is one of the most used in the aluminum extrusion industry, the nitriding process being of great importance to increase tool life or die and to minimize operating costs. Thus in this work the behavior of this steel, tempered and quenched to a hardness of 48 HRC, and exposed to ion implantation by plasma immersion (IIIP) was studied. The principal parameters of the process, namely the temperature, pressure, pulse form, width, voltage, frequency, mixture of gases and exposition time necessary to achieve a superficial hardness of greater than 1000 without the occurrence of a compound layer were investigated. It was observed that ion implantation by plasma immersion at low temperature, produces a very thin layer of high hardness, owing to the high energy imposed on the ions by IIIP. The great hardness of the surface produced a reduction in the friction coefficient, transforming the adhesive wear into abrasive wear, which is advantageous for high-performance cutting tools. As the exposition temperature was increased, the thickness of the implanted layer increased without the production of a compound layer because of high voltages in the cathodic region.