Influencia de los parámetros de nitruración iónica de corta duración en la resistencia al desgaste de un acero AISI 420 : películas delgadas y tratamientos de superficie

Abstract

Los aceros inoxidables martensíticos son frecuentemente utilizados en la industria petroquímica e hidráulica y toda aquella donde se requiera un acero inoxidable con buenas propiedades mecánicas y alta resistencia al desgaste. La nitruración asistida por plasma ha probado ser un método de modificación superficial eficaz para endurecer este tipo de aceros, sin embargo, como es ampliamente conocido en todos los casos los procesos son de larga duración (aproximadamente 10 horas o más). En este trabajo se estudió el comportamiento al desgaste de las capas nitruradas obtenidas con un tratamiento de nitruración de 5 horas de duración y dos temperaturas de tratamiento diferentes. Se midió dureza en superficie y en profundidad. Se analizó la microestructura y se evaluó el comportamiento al desgaste mediante ensayos de pin on disk y de erosión. El espesor de capa y la profundidad de penetración de nitrógeno fueron mayores en la muestra nitrurada a mayor temperatura y 5 horas de duración. El comportamiento en los ensayos de pin on disk fue mejor en la muestra nitrurada a mayor temperatura y en los ensayos de erosión la tendencia demuestra un comportamiento que se relaciona no sólo con la alta dureza superficial de las muestras tratadas sino con el decaimiento gradual del perfil de dureza en profundidad.

Martensitic stainless steels are used in petrochemical and hydraulic industry where good mechanical properties and high wear resistance are required. As it is well known, plasma nitriding has proved to be an effective surface modification method for hardening these steels. However, all the nitriding processes take about 10 hours or more. In this work, the wear behaviour of a nitrided layer obtained under two different conditions (5 hs, 390 °C and 420 °C) was studied and compared to the traditional process (10 hs, 390 °C). Microstructure was analysed, surface hardness was measured and also a hardness depth profile was assessed. The wear behaviour was evaluated through pin-on-disk and erosion tests. The nitrided layer was thicker and nitrogen penetration was deeper in the nitrided sample at higher temperature than in the other samples. Its behaviour in pin on disk tests was better and erosion tests showed that its wear resistance was not only related to surface hardness but also to hardness profile in depth.