Comportamiento a la Fatiga – Corrosión en depósitos de tipo Multicapa sobre aceros estructurales

Abstract

En el presente trabajo se evaluó el comportamiento a la fatiga-corrosión a flexión rotativa de un acero AISI 4340 templado y revenido recubierto con películas delgadas del tipo multicapa denominada Balinit Futura (TiAlN/TiN) y del tipo bicapa denominada Balinit Hardlube (TiAlN/WC/C), mediante la técnica PAPVD en específico Arc Enhanced Magnetron Sputtering. Se mecanizaron 100 probetas según las normas ASTM A 370 y ASTM E 606 para ensayos de tracción y de fatiga, respectivamente. Se realizaron los ensayos de Fatiga-Corrosión para los dos recubrimientos. Los valores de esfuerzo para la evaluación de propiedades de fatiga fueron: 726, 688, 650 y 612 MPa para ambos casos. A partir de estos datos de Fatiga-Corrosión se obtuvieron las curvas S-N del material para cada uno de los casos, obteniéndose de estas los coeficientes de la ecuación de Basquin, según la norma ASTM E 739. Se evaluaron superficialmente muestras cilíndricas para determinar la dureza compuesta del conjunto recubrimiento substrato así como también del substrato tanto en estado de entrega (Bonificado) como a la salida del reactor), mediante un Microdurómetro Vickers utilizando un barrido de cargas de: 1000 500, 300, 200, 100, 50, 25 gramos. De los resultados obtenidos de dureza, entre otras cosas lo más importante es que se determinó que el proceso de deposición no provoca ningún efecto sobre la microestructura del material base. Los resultados de los ensayos de tracción muestran un leve aumento de las propiedades mecánicas en un 4,67 % en el Esfuerzo de Fluencia y un 4,17 % en La resistencia a la tracción para el conjunto substrato-Balinit Futura mientras que para el conjunto substrato-Balinit Hardlube los aumentos estuvieron en el orden de 4,88 % del esfuerzo de fluencia y 5,44 % de la resistencia a la tracción, en comparación con el material sin recubrimiento. En los ensayos de fatiga se encontró un aumento en la resistencia a la fatiga en ambiente corrosivo del acero recubierto en comparación con el acero sin recubrimiento. Adicionalmente del análisis fractográfico se pudo inferir algunos aspectos relacionados con el proceso de fractura producto del ensayo. Se encontró que las probetas presentan múltiples zonas de inicio de grieta por fatiga, y como era de esperarse en la zona de avance progresivo de la grieta se observó algún deterioro producto de la corrosión. Finalmente las observaciones sugirieron que para ambos casos las películas depositadas actuaron de manera efectiva como aislantes del medio corrosivo evitando su acción sobre el substrato. Un aspecto de sumo interés derivado de este análisis es el hecho de verificar el mecanismo de nucleación y crecimiento de la grieta por fatiga, se observó que para el Balinit Futura, la nucleación de las grietas se originaba en los poros, mientras que para el Balinit Hardlube la nucleación se iniciaba en la intercara WC/C-TiAlN.