Fatiga de contacto por rodadura sobre un acero SAE 4140 con distintas combinaciones de tratamientos superficiales

Abstract

El objetivo del presente trabajo ha sido estudiar el comportamiento tribológico de un acero SAE 4140, con distintas combinaciones de tratamientos superficiales, haciendo foco en el desgaste por fatiga de contacto por rodadura (FCR) en condiciones que promuevan el modo superficial temprano de falla. Para ello fueron mecanizadas probetas de acero SAE 4140, en forma de discos de 63 mm de diámetro y 10 mm de espesor, a partir de una barra redonda comercial. Las probetas fueron sometidas a temple y revenido. Se austenizó en horno mufla a 850 oC durante 2 horas con protección sólida (carbonilla y carbonato de Bario), enfriando con posterioridad en una batea con aceite para temple a temperatura ambiente. Posteriormente fueron revenidas a 520 °C durante 2 horas. Las superficies planas fueron rectificadas con una rectificadora tangencial, y terminadas manualmente con lijas al agua de granulometría sucesivamente más fina, eliminándose las marcas del mecanizado previo, hasta alcanzar un grano 600. Posteriormente fueron identificadas en tres grupos (G1, G2, G3) destinados a recibir distintos tratamientos:G1: Nitruración iónica;G2: Nitruración iónica y posterior recubrimiento de TiN aplicado por PVD;G3: Recubrimiento de TiN aplicado por PVD.Los grupos 1 y 2 fueron nitrurados por la empresa IONAR S.A., y los grupos 2 y 3, fueron recubiertos por la empresa SUDOSILO S.A. Los ensayos para evaluar la resistencia a la FCR se realizaron con una máquina tipo arandela plana, en la cual una probeta en forma de disco gira sobre un conjunto de bolillas correspondientes a un rodamiento de empuje axial, bajo la acción de una carga normal. En cada punto o área de contacto, se origina una distribución de presión (normal a la superficie) con un valor máximo, p0, de acuerdo con la teoría de contacto lineal elástica de Hertz. Los ensayos corrieron hasta desarrollarse un cráter o producirse un desprendimiento de recubrimiento, de dimensión semejante al ancho del camino de rodadura (CR), registrándose la cantidad de ciclos de carga transcurridos hasta entonces.