Estudio del endurecimiento superficial y su respuesta al desgaste de los aceros para rodamientos SAE 52100 sometidos a procesos de nitrocarburizado ferrítico y austenítico

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 ; 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. ; Tesis