Estudio de fatiga y fatiga corrosión del acero AISI 4340 con recubrimiento de TiCN empleando la técnica de PVD

Abstract

En el presente trabajo se evaluó el comportamiento a la fatiga y fatiga corrosión, a flexión rotativa, de un acero AISI 4340 templado y revenido, sin y con un recubrimiento de BALINIT® B (TiCN), depositado mediante la técnica PAPVD. Se mecanizaron 150 probetas según las normas ASTM A 370 y ASTM E 606 para ensayos de tracción y fatiga, respectivamente. Se realizaron los ensayos de Fatiga y Fatiga-Corrosión para el substrato y el substrato recubierto. Las propiedades de fatiga y corrosión-fatiga fueron evaluadas en el intervalo de esfuerzos alternantes de 539-696 MPa, dependiendo de la condición del material. A partir de los datos obtenidos se obtuvieron las curvas S-N del material en cada uno de los casos, obteniéndose de estas los parámetros de la ecuación de Basquin, según la norma ASTM E 739. Se evaluaron superficialmente muestras de pletina de acero de herramientas del tipo AISI D2 recubiertas, para determinar la dureza del recubrimiento, del sustrato sin recubrir y del substrato recubierto (a la salida del reactor), mediante un microdurómetro Vickers, utilizando un barrido de cargas de 25-1000 g. De acuerdo a los resultados obtenidos de estas evaluaciones se determinó que el proceso de deposición no provoca ningún efecto sobre la microestructura del sustrato empleado. Los resultados de los ensayos de tracción muestran que para el material recubierto ocurrió un aumento de las propiedades mecánicas de alrededor de 10% en el esfuerzo de fluencia y una disminución del 12% en la resistencia a la tracción, en comparación con el material sin recubrir. En los ensayos de fatiga se determinó un aumento en la resistencia a la fatiga del acero recubierto en comparación con el acero sin recubrir con un incremento de 135-175 %, para esfuerzos entre 696-539 MPa. Para la vida infinita a fatiga se observó un incremento en el orden de 6%. En los ensayos de fatiga corrosión prácticamente la resistencia no tuvo mayor modificación observándose un incremento de vida a fatiga de 25-0 % cuando la variación de esfuerzos se mantuvo entre los 696-539 MPa. Del análisis fractográfico se mostraron las diferentes zonas características de la superficie de fractura, indicándose los orígenes de grieta, formación de múltiples inicios de grietas para la condición de fatiga corrosión, se observó la interfase substrato-recubrimiento, el comportamiento del recubrimiento y la propiedad de adherencia del mismo. Se observó que la nucleación de las grietas se origina en la periferia del recubrimiento.