Avaliação da microestrutura, dureza, tenacidade ao impacto e do coeficiente de atrito do aço DIN 1.8550 sob diferentes condições de revestimento por nitretação a plasma e DLC

Abstract

Na fase inicial da produção de petróleo, os reservatórios contêm uma quantidade específica de energia, conhecida como Energia Primária e à medida que o processo produtivo avança, ocorre a dissipação dessa energia, resultando em redução na produtividade dos poços. Para recuperar parte desse óleo, utiliza-se o conceito de recuperação secundária onde uma energia adicional é artificialmente adicionada ao reservatório, geralmente por injeção de água, devido à sua compatibilidade química, disponibilidade e a reutilização que evita altos custos. Nesse cenário surge a bomba de injeção de água, composta por rotor, estator, flanges de sucção e descarga, articulações e eixo de acoplamento, vedação de eixo e acionamento. Um dos componentes críticos destas bombas é a articulação que adapta movimentos excêntricos e concêntricos entre rotor e eixo, a qual está sujeita aos intensos movimentos relativos entre as partes, com possibilidade de elevado atrito e danos por desgaste da mesma. Buscando a redução da presença de atrito elevado, que compromete a eficiência do processo, e a redução de desgaste, o emprego de revestimentos das partes é fundamental, de forma a otimizar dureza superficial, reduzir o atrito e o desgaste, sem comprometer a tenacidade do material. Neste sentido, neste trabalho o aço DIN 1.8550, empregado na fabricação da articulação, submetido a diferentes tratamentos de superfície, é avaliado em termos de microestrutura, dureza e microdureza, tenacidade ao impacto e atrito. São comparadas amostras no estado sem revestimento; na condição nitretada a plasma; na condição de duplo revestimento (camada nitretada a plasma em adição a camada de DLC); e na condição de apenas revestida por DLC. Os resultados obtidos indicam que a forma ideal para a utilização do DLC é na condição de duplo revestimento.

In the initial phase of oil production, the reservoirs contain a specific amount of energy, known as Primary Energy, and as the production process progresses, this energy is dissipated, resulting in a reduction in well productivity. To recover part of this oil, the concept of secondary recovery is used, where additional energy is artificially added to the reservoir, usually by injecting water, due to its chemical compatibility, availability and reuse, which avoids high costs. In this scenario, the water injection pump appears, consisting of a rotor, stator, suction and discharge flanges, joints and coupling shaft, shaft seal and drive. One of the critical components of these pumps is the joint that adapts eccentric and concentric movements between the rotor and shaft, which is subject to intense relative movements between the parts, with the possibility of high friction and damage due to wear. Seeking to reduce the presence of high friction, which compromises the efficiency of the process, and to reduce wear, the use of coatings on the parts is essential, in order to optimize surface hardness, reduce friction and wear, without compromising the toughness of the material. In this sense, in this work, the DIN 1.8550 steel used in the manufacture of the joint, subjected to different surface treatments, is evaluated in terms of microstructure, hardness and microhardness, impact toughness and friction. Samples are compared in the uncoated state; in the plasma nitrided condition; in the double coated condition (plasma nitrided layer in addition to the DLC layer); and in the DLC-coated condition only. The results obtained indicate that the ideal way to use DLC is in the double coated condition.