Influência da formação de camada nanoestruturada induzida por shot peening na nitretação a plasma do aço inoxidável 316L em aplicações sob fadiga

Abstract

Os aços inoxidáveis austeníticos apesar de utilizados em implantes cirúrgicos devido ao baixo custo, boa resistência à corrosão e biocompatibilidade, podem apresentar baixa resistência ao desgaste e à fadiga, sendo submetidos a tratamentos superficiais, tais como, nitretação a plasma e shot peening. Dessa forma, o objetivo do presente trabalho foi analisar a influência do pré-tratamento de shot peening no mecanismo de modificação da superfície do aço inoxidável austenítico ASTM F138 nitretado a plasma em baixa temperatura e longos períodos, e sua influência nas propriedades de fadiga do material. O material foi submetido a diferentes coberturas de shot peening a fim de identificar o melhor pré-tratamento e, em seguida, foi realizada nitretação a plasma em baixa temperatura (380ºC) e longo período (16h) para formação de camada rica em nitrogênio e nitretos metálicos. O material foi caracterizado por difração de raios X, sendo identificada a formação de nitretos de ferro e austenita expandida. A morfologia e microestrutura foram analisadas por microscopia óptica, microscopia eletrônica de varredura (MEV) e microscopia confocal de varredura a laser, sendo esta utilizada também para determinação da rugosidade superficial. A microdureza e a tensão residual em superfície e em profundidade foram determinadas usando método sen2 ψ. A camada nitretada formada após shot peening apresentou formação de microtrincas e aumento da tensão residual induzida superficialmente e em profundidade. Os ensaios de tração foram realizados com a finalidade de obter os parâmetros correspondentes as propriedades de resistência ao escoamento e resistência a tração, estando os valores obtidos em conformidade com a literatura. Os ensaios de resistência à fadiga revelam que os corpos de prova com e sem pré-tratamento de shot peening seguidos de nitretação a plasma apresentaram limite de fadiga menor quando comparado com a condição sem tratamento de superfície. A redução do limite de resistência à fadiga pode estar associada a fatores como aumento expressivo da rugosidade e da dureza da camada nitretada.