Low temperature plasma carburizing of AISI 316L austenitic stainless steel and AISI F51 duplex stainless steel

Abstract

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.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.