Influencia de la rugosidad superficial en el tratamiento de nitruración y post oxidación del acero AISI 4140

Abstract

Los aceros de media aleación son muy utilizados para fabricar elementos de máquinas dadas sus buenas prestaciones mecánicas, aunque suelen presentar un coeficiente de fricción elevado, aun con tratamiento térmico. Para mejorar sus propiedades tribológicas se los puede someter a tratamientos asistidos por plasma como la nitruración iónica y luego una post oxidación para aumentar aún más su dureza y también su resistencia a la corrosión. Este tratamiento es un candidato para reemplazar al cromado electrolítico. El presente trabajo busca encontrar la mejor condición de terminación superficial del acero AISI 4140 para un proceso de nitruración iónica y post oxidación. Para ello se evaluaron las muestras antes y después del tratamiento con diferentes terminaciones superficiales. Se determinó la rugosidad y se analizó la microestructura de la capa modificada con MO y SEM, y DRX. Se realizaron ensayos de desgaste tipo pin on disk y ensayos de polarización anódica para evaluar su resistencia a la corrosión. Se concluyó que es conveniente tener al menos una rugosidad correspondiente a lija #600 para un buen comportamiento al desgaste. El espesor de la capa de óxido fue de 0,6 μm y de la capa nitrurada de 7,5 μm aproximadamente. Según los parámetros de proceso, con la oxidación se puede producir una modificación en las propiedades de la capa nitrurada que afectan la resistencia al desgaste. Finalmente, aunque la película de óxido no fue uniforme, el comportamiento a la corrosión de la muestra tratada mejoró con respecto a la sólo nitrurada y al material sin tratar.

Medium alloy steels are widely used to manufacture machine elements due to their good mechanical performance, however they have a high coefficient of friction, even with heat treatment. In order to improve their tribological properties, they can be subjected to plasma-assisted treatments such as plasma nitriding and post-oxidation to further increase their hardness and also their resistance to corrosion. This treatment is a candidate to replace the electrolytic chrome plating. The aim of the present work is to find the best surface finish condition of AISI 4140 steel for plasma nitriding and post-oxidation process. The samples with different surface finish were evaluated before and after the treatment. The roughness was determined, and the microstructure of the modified layer was analyzed with MO, SEM and DRX. Wear tests using Pin on Disk and anodic polarization tests were carried out to evaluate the corrosion resistance. It was concluded that it is convenient to have at least a roughness corresponding to # 600 sandpaper for a good wear behavior. The thickness of the oxide layer was about 0.6 µm and the thickness of the nitrided layer was 7.5 µm. Depending on the process parameters, oxidation can cause a change in the properties of the nitrided layer, and this affects the wear resistance. Finally, although the oxide film was not uniform, the corrosion behavior of the treatment improved with respect to the only nitrided material and the untreated material.