Estudio del endurecimiento superficial y su respuesta al desgaste de los aceros para rodamientos SAE 52100 sometidos a procesos de nitrocarburizado ferrítico y austenítico
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Date
2019
Authors
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Publisher
Universidad Nacional de Trujillo
Abstract
Se investigó la influencia el tratamiento superficial de nitrocarburizado (austenitico y
ferritico) sobre la dureza superficial, desgaste deslizante y microestructura, del acero
AISI 52100, sometido a ensayos de desgaste en función del tiempo y la carga aplicada.
El propósito fue comparar estos dos tratamientos superficiales y evaluar su perfomance.
Se utilizaron probetas prismáticas para los ensayos de desgaste con dimensiones:
40x25x10 mm3, según la norma ASTM G 83. Las probetas para los ensayos de
microdureza fueron de las mismas dimensiones. Antes de realizar los tratamientos de
nitrocarburizado se hicieron tratamientos previos de normalizado, temple y revenido.
Los tratamientos de nitrocarburizado se realizaron con los siguientes parámetros: El
nitrocarburizado ferrítico (FNC) a 570°C, 2 hrs. El nitrocarburizado austenítico (ANC)
a 700°C, 2hrs. Luego se realizó un revenido a las muestras a 180°C, 0,5 hrs. Los dos
tipos de nitrocarburizado se realizaron en un baño de sales dentro de un horno de mufla.
Los ensayos de desgaste se realizaron en el torno MHASA acondicionado un
dispositivo tipo Timken ASTM D2782 de cilindros cruzados. Los ensayos se realizaron
para tiempos: 10´, 20´, 30´, 40´, 50´, 60´, 70´ y 80´; con tres tipos de cargas: 40, 60 y 80
N. Los ensayos de microdureza se realizaron en el microdurometro METROTEC, serie
AMH, en escala HV, con 10 kg de carga. Se tomaron medidas del perfil de dureza
transversal desde la superficie “cero” hasta una profundidad de 500μm. Los ensayos
metalográficos se realizaron en el microscopio ZEUSS x 1000 aumentos. Se encontró
que el nitrocarburizado ferrítico (FNC) presenta menor dureza que el austenítico (ANC),
pero respecto a la resistencia al desgaste la relación es inversa. La máxima dureza no se
encuentra en la superficie. Para el tratamiento ANC el valor máximo fue 725 HV a una
profundidad de 20 μm, y para el tratamiento por FNC fue 650 HV a una profundidad
de 10 μm. El máximo valor de desgaste para muestras con ANC fue ~ 100mg y para el
muestras con FNC fue ~ 20 mg. La relación es de 5:1. Para muestras FNC, las tasas de
desgaste se mantienen constante a partir de los 70 min. Para muestras ANC el desgaste
no es estable mostrando un comportamiento irregular. Las superficies desgastadas
muestran bandas de oxidación en ambos casos. Se concluye que la dureza no está en
relación directa con el desgaste. Así mismo es más ventajoso aplicar el nitrocarburizado
feritico (FNC) al acero AISI 52100, en la fabricación de rodamientos.
Description
The influence of the surface treatment of nitrocarburized (austenitic and ferritic) on the
surface hardness, sliding wear and microstructure of AISI 52100 steel subjected to wear
tests as a function of time and applied load was investigated. The purpose was to
compare these two surface treatments and to evaluate their perfomance.
Prismatic specimens were used for wear tests with dimensions: 40x25x10 mm3,
according to ASTM G 83. The test specimens for the microhardness tests were of the
same dimensions. Prior to the nitrocarburized treatments, previous treatments of
normalizing, quenching and tempering were made. The nitrocarburized treatments were
performed with the following parameters: Ferritic nitrocarburized (FNC) at 570 °C, 2
hrs. The austenitic nitrocarburized (ANC) at 700 °C, 2hrs. The samples were then
tempered at 180 °C, 0.5 hrs. The two types of nitrocarburized were made in a salt bath,
inside a muffle furnace. The wear tests were performed on the MHASA lathe
conditioned a Timken type ASTM D2782 cross-cylinder device. The tests were
performed for times: 10 ', 20', 30 ', 40', 50 ', 60', 70 'and 80'; with three types of loads:
40, 60 and 80 N. The microhardness tests were carried out on the METROTEC AMH
series microhardness tester, on HV scale, with 10 kg of load. Measurements of the
transverse hardness profile were taken from the "zero" surface to a depth of 500μm. The
metallographic tests were performed under the microscope ZEUSS x 1000
magnification.
It was found that the ferritic nitrocarburized (FNC) presents less hardness than the
austenitic (ANC), but regarding the resistance to wear the relation is inverse. The
maximum hardness is not found on the surface. For ANC treatment the maximum value
was 725 HV at a depth of 20 μm, and for the treatment by FNC was 650 HV at a depth
of 10 μm. The maximum wear value for ANC samples was ~ 100mg and for the
samples with FNC it was ~ 20mg. The ratio is 5: 1. For FNC samples, the wear rates are
kept constant after 70 min. For ANC samples wear is not stable showing irregular
behavior. Worn surfaces show oxidation bands in both cases. It is concluded that the
hardness is not in direct relation to wear. Also it is more advantageous to apply the
ferric nitrocarburized (FNC) to the steel AISI 52100, in the manufacture of bearings
Keywords
Tratamiento termoquímico, nitrocarburizado, ferrítico y austenítico