Efeito da adição de terras raras na boretação do aço AISI 1045

Abstract

A boretação é um tratamento termoquímico que visa o endurecimento superficial de metais ou ligas por meio da difusão de boro no metal-base a temperaturas elevadas. As camadas boretadas apresentam valores de dureza substancialmente maiores se comparados aos obtidos em outros tratamentos termoquímicos como cementação ou nitretação. Os elementos de terras raras têm sido utilizados nos tratamentos termoquímicos de cementação, nitretação e boretação para aumentar a difusão de carbono, nitrogênio ou boro, respectivamente. Neste trabalho foi estudado o efeito da adição dos compostos La2O3, Nd2O3, Y2O3, Yb2O3 ao pó boretante sobre as características da camada de boretos formada. O tratamento termoquímico foi conduzido por 4h a 900 ºC sob atmosfera de argônio. Foram utilizadas as técnicas de microscopia óptica, microdureza e difração de raios X para a caracterização das amostras boretadas. Os resultados mostraram que as camadas formadas apresentaram a formação da fase Fe2B, com morfologia ‘dente de serra’, característica de camadas de boretos de ferro em aços baixa liga e que as adições de terras raras alteraram significativamente a espessura da camada de boretos e, em menor escala, a dureza superficial. Observou-se influência do raio iônico das terras raras sobre as características das camadas formadas. A espessura da camada aumenta e a dureza diminui quanto maior o raio iônico da terra rara adicionada. A maior influência foi observada para a adição de La2O3. Assim, a adição de terras raras torna-se promissora sob o ponto de vista tecnológico, uma vez que pequenas adições não resultaram em alterações significativas da microestrutura e da dureza, mas representam uma possível diminuição no tempo de tratamento termoquímico para atingir a mesma espessura obtida sem a adição de óxidos de terras raras ao meio boretante.

Boriding is a thermochemical treatment aimed at the surface hardening of metals or alloys through the diffusion of boron in the base metal at elevated temperatures. The boride layers have substantially higher hardness values compared to those obtained in other thermochemical treatments such as cementation or nitriding. Rare-earth elements have been used in thermochemical treatments of carburizing, nitriding and boriding to enhance the carbon, nitrogen or boron diffusion respectively. In this work, the effect of adding the compounds La2O3, Nd2O3, Y2O3, and Yb2O3 to the boronizing powder on the characteristics of the boride layer formed was studied. The thermochemical treatment was carried out for 4h at 900 ºC under an argon atmosphere. Optical microscopy, microhardness and X-ray diffraction techniques were used to characterize the samples. The results showed that all samples presented the Fe2B phase showing a 'sawtooth' morphology, characteristic of iron boride layers in low alloy steels and that the rare earth additions significantly altered the thickness of the boride layer and, to a lesser extent, the surface hardness. The influence of the ionic radius of rare earths was observed on the characteristics of the layers formed. The layer thickness increases and the hardness decreases the greater the ionic radius of the added rare earth. The greatest influence was observed for the addition of La2O3. Thus, the addition of rare earths is promising from a technological point of view, since small additions did not result in significant changes in the microstructure and hardness, but represent a possible decrease in the heat treatment time to reach the same thickness as when rare earth oxides are not added to the boronizing medium.