O aço inoxidável austenítico AISI 316L e o aço inoxidável duplex AISI F51 (EN 1.4462) foram cementados sob plasma-DC na temperatura de 480ºC, utilizando-se CH4 como gás de arraste. A cementação sob plasma à baixa temperatura conduziu a uma elevada supersaturação do reticulado cristalino em carbono com a formação de austenita expandida(γC), sem a precipitação de carbonetos. A dureza do aço 316L, após a cementação, atingiu um valor máximo de 1000 HV, devido à supersaturação de ∼ 13 at% de carbono e à expansão do reticulado cristalino CFC. Para o aço inoxidável duplex AISI F51, os grãos de austenita se transformaram em austenita expandida pelo carbono e os grãos de ferrita se transformaram para ferrita expandida com a precipitação de carbonetos do tipo M23C6, na camada cementada. A dureza da camada cementada, no aço F51, atingiu 1600HV, devido ao efeito combinado da expansão dos reticulados cristalinos da austenita e da ferrita com a precipitação fina e dispersa de carbonetos M23C6.

In this work an austenitic AISI 316L and a duplex AISI F51 (EN 1.4462) stainless steel were DC-Plasma carburized at 480ºC, using CH4 as carbon carrier gas. For the austenitic AISI 316L stainless steel, low temperature plasma carburizing induced a strong carbon supersaturation in the austenitic lattice and the formation of carbon expanded austenite (γC) without any precipitation of carbides. The hardness of the carburized AISI 316L steel reached a maximum of 1000 HV due to ∼13 at% carbon supersaturation and expansion of the FCC lattice. For the duplex stainless steel AISI F51, the austenitic grains transformed to carbon expanded austenite (γC), the ferritic grains transformed to carbon expanded ferrite (αC) and M23C6 type carbides precipitated in the nitrided case. Hardness of the carburized case of the F51 duplex steel reached 1600 HV due to the combined effects of austenite and ferrite lattice expansion with a fine and dispersed precipitation of M23C6 carbides.

Os aços inoxidáveis austeníticos possuem restrições para a nitretação nas temperaturas convencionais, próximas de 550ºC, devido à precipitação intensa de nitretos de cromo na zona de difusão. Essa precipitação eleva a dureza, mas deteriora as propriedades de corrosão. O uso do processo de nitretação sob plasma permite introduzir nitrogênio em temperaturas inferiores a 450ºC, levando à formação de uma fina camada de austenita expandida pelo nitrogênio (gN). Essa fase possui uma estrutura cristalina mais bem representada pelo reticulado triclínico, com elevada concentração de nitrogênio em solução sólida supersaturada, a qual promove um estado de tensões residuais de compressão capaz de elevar a dureza do substrato de 4 GPa para valores próximos de 14 GPa. O Módulo de Elasticidade mantém-se próximo de 200 GPa após a nitretação.

Austenitic stainless steels cannot be conventionally nitrided at temperatures near 550°C due to the intense precipitation of chromium nitrides in the diffusion zone. The precipitation of chromium nitrides increases the hardness but severely impairs corrosion resistance. Plasma nitriding allows introducing nitrogen in the steel at temperatures below 450°C, forming pre-dominantly expanded austenite (gN), with a crystalline structure best represented by a special triclinic lattice, with a very high nitrogen atomic concentration promoting high compressive residual stresses at the surface, increasing substrate hardness from 4 GPa up to 14 GPa on the nitrided case.

Depth sensing indentation is a powerful experimental technique for determining mechanical properties of materials. In this work a computational routine was developed based on Oliver-Pharr method for measuring a more precise values of elastic modulus using a Fischerscope H100 depth sensing indentation apparatus, with a Vickers indenter. This computational routine aims also to measure Vickers hardness, as the equipment does not have software for this purpose. From indentation data it was possible to determine initial unloading stiffness, contact depth, projected contact area, reduced modulus, elastic modulus and Vickers hardness of materials. The validity of the routine was verified analyzing two coatings and nine bulk specimens with different elastic-plastic behaviors. It was verified that the elastic moduli determined through the software of the equipment resulted in great discrepancies when low loads were applied. A good estimate of the elastic moduli of the tested materials is given by the developed routine. For several testing loads, the diagonals determined by means of analytical procedure were compared with the same diagonals measured by image analysis. A good estimate of the Vickers hardness of the above-mentioned materials is given by the developed routine using different testing loads.