Estudio de la resistencia al desgaste del acero AISI 1045 nitrurado y nitrocarburado por plasma

Abstract

Los aceros al carbono son muy utilizados en la fabricación de componentes de maquinarias donde se requiere mediana resistencia mecánica y tenacidad a bajo costo ya que son endurecibles mediante un tratamiento térmico de temple y revenido, sin perder maquinabilidad. Para mejorar más aún sus propiedades mecánicas y aumentar su resistencia al desgaste, se los puede someter a diferentes tratamientos de endurecimiento superficial como son la nitruración y la nitrocarburación iónica. Ambas son técnicas de difusión asistidas por plasma, aplicadas con éxito para endurecer aceros mediante la difusión de nitrógeno, o bien carbono y nitrógeno dentro del material. En este trabajo se presentan los resultados del AISI 1045 nitrurado y nitrocarburado por plasma. Se midió dureza superficial y en el núcleo, se analizó la microestructura por microscopia óptica y por difracción de Rayos X, y se realizaron ensayos de desgaste en una máquina pin-on-disk con y sin lubricación. En las probetas nitrocarburadas se obtuvo una dureza algo mayor que en las nitruradas, y una profundidad de penetración también superior. Además el espesor de la capa nitrocarburada fue 4 veces mayor que la capa nitrurada. Sin embargo, la resistencia al desgaste en el ensayo sin lubricación, utilizando una carga de 1N resultó mejor en la muestra nitrurada. Al trabajar con una carga de 2 N, aunque la diferencia de volúmenes desgastados es menor, sigue presentando un mejor comportamiento la muestra nitrurada. En los ensayos lubricados, la muestra nitrurada presentó una leve mejora (aproximadamente 3%, teniendo en cuenta los errores de medición) en el comportamiento tribológico con respecto a la nitrocarburada.

Carbon steels are widely used in the manufacture of machinery components where median mechanical strength and toughness is required at low cost, because they are hardenable by heat treatment (quench and tempering), without losing machinability. To further improve the mechanical properties and increase the wear resistance, they can be subjected to other hardening treatments such as ion nitriding and nitrocarburizing. Both techniques are plasma assisted diffusion thermochemical treatments, successfully applied for hardening steels by diffusion of nitrogen or carbon into the material. In this work, the results of plasma nitrided and nitrocarburized AISI 1045 are presented. The surface and core hardness were measured, the microstructure was studied by optical microscopy and X-ray diffraction, and wear tests were performed in a pin-on-disk non-lubricated and lubricated machine. In the nitrocarburized samples, the hardness was higher than the nitrided ones, and also superior hardness penetration depth was obtained. Furthermore, the nitrocarburized layer thickness was 4 times higher than the nitrided layer. However, the wear resistance in the test without lubrication, using 1 N load was better in the nitrided sample. With 2 N loads, although the difference in worn volume is less, still has a better performance the nitrided sample. In the lubricated tests, the nitrided sample showed a slight improvement (about 3%, taking into account the measurement errors) on the tribological behaviour regarding the nitrocarburized ones.