Incremento de la resistencia al desgaste de un acero AISI 4140 por medio de un tratamiento termoquímico de difusión de Boro

Abstract

RESUMEN: Se llevó a cabo un tratamiento termoquímico superficial de borurado por empaquetamiento sólido en Ekabor 2, aplicado al acero AISI 4140 con la finalidad de mejorar su resistencia al desgaste por deslizamiento lineal reciprocante en condiciones seca y lubricada. Posteriormente se aplicó un tratamiento térmico de temple y revenido al borurado para obtener un segundo sistema con propiedades mecánicas distintas. El tratamiento de borurado se aplicó a 900 °C durante 1 hora lo que permitió obtener una capa superficial de boruros (Fe2B, Mn2B y CrB) con espesor de 26.5 μm en una matriz de ferrita-perlita (sistema B). Posteriormente el tratamiento térmico aplicado a las muestras boruradas modificó la composición química de los boruros disminuyendo el espesor de la capa borurada a 22.7 μm y obteniendo una matriz de martensita (sistema BTR). Las durezas superficiales obtenidas en los sistemas fueron de 1586 y 1417 HV para B y BTR respectivamente. Se llevaron a cabo las pruebas tribológicas en movimiento lineal reciprocante para ambos sistemas, obteniendo para la condición seca coeficientes de fricción y tasas de desgaste de 0.47 y 705.9 para la sistema B, mientras que para el sistema BTR, los valores se incrementaron a 0.49 y 993.1 . En condición seca la mejor resistencia al desgaste del sistema B se atribuye a los esfuerzos residuales compresivos en la capa y a la mejor sinergia de la dureza y el módulo de elasticidad del recubrimiento. En las huellas de desgaste del sistema B se observaron los mecanismos abrasivo y adhesivo mientras en el sistema BTR sólo se evidenció desgaste abrasivo. En condición lubricada el sistema BTR presentó la mejor resistencia al desgate debido a las grietas superficiales (formadas por causa de los tratamientos térmicos) que permitieron una mejor adsorción y deposición inicial de los aditivos antidesgaste del aceite. El sistema B presentó el mejor desempeño tribológico en condición seca, mientras el sistema BTR en lubricante presentó mejor sinergia con el lubricante para la protección antidesgaste a temperatura ambiente. ABSTRACT: A thermochemical treatment of boriding to AISI 4140 steel was carried out in order to improve the wear resistance by reciprocating linear sliding in dry and lubricated conditions. Subsequently, a post-boriding thermal treatment was applied to obtain a second different system with other mechanical properties. Boriding was applied at 900 ° C for 1 hour which allowed obtaining a surface layer of borides (Fe2B, CrB and Mn2B) of 26.5 μm in thickness in a ferrite-perlite matrix (B system). Afterwards, the heat treatment applied to the boride samples modified the boride chemical composition decreasing the thickness layer to 22.7 μm in a martensite matrix. (BTR system). The surface hardness obtained in the layers were 1586 and 1417 HV for B and BTR samples, and the friction coefficients were 0.49 and 0.47 for B and BTR samples, respectively. Tribological tests were carried out in sliding linear motion for both systems, obtaining, for the dry condition, friction coefficients and wear rates of 0.47 and 705.9 for system B, while for the BTR system, values were increased to 0.49 and 993.1 . In dry condition the best wear resistance of system B is attributed to the compressive residual stresses in the layer and the better synergy of the hardness and modulus of elasticity of the coating. Abrasive and adhesive mechanisms were observed in the wear tracks of system B, while only abrasive wear was evident in the BTR system. In lubricated condition, the BTR system presented the best wear resistance due to the surface cracks (formed due to the thermal treatments) that allowed a better adsorption and initial deposition of oil additives. System B presented the best tribological performance in dry condition, while the BTR system in lubricant presented better synergy with the lubricant for anti-wear protection at room temperature.