Caracterización estructural de un acero AISI 4140 nitrurado por plasma

Abstract

The aim of the investigation was to submit a steel AISI 4140 a process of nitriding plasma method, characterizing the structure, phases present and analyze their effect on mechanical properties. To study the effects caused by the plasma nitriding, the samples were nitrided nitriding time varying the values from 3 to 6 hours, in a temperature range from 412-550 °C, and mixture of H2 -N2- Ar gas variable. For Ar was 15-88 %, 10-84 % H2 and N2 was finally for from 1hasta10 %. The structure of the nitrided layer was analyzed by optical microscopy (OM), scanning electron microscopy (SEM), energy dispersive spectrometry (EDS) and X-ray diffraction (XRD). Micro hardness measurements were performed to determine the correlations of micro hardness vs. layer depth reached, tribology and wear tests were performed using the technique of pin -on- disc. The results of the microstructural characterization showed that nitriding times of 6 hours and 550 0C a compact and homogeneous layer thickness was formed , which had the highest value of micro hardness (Hv 744 ) with a thickness of about 6 microns formed by small crystals of Fe2 -3N nitrides and γ '- Fe4N , those which were identified by X-ray diffraction. The results of the analysis of energy dispersive spectroscopy showed a profile of decreased concentration of N, from the surface to the center of the material, causing a decrease in micro hardness of the material inwards .Tribology results showed an increase in wear resistance compared to nitrided steels, arrival.

El objetivo de la investigación realizada fue someter un acero AISI 4140 a un proceso de nitruración por el método de plasma, caracterizar la estructura, fases presentes y analizar su efecto en las propiedades mecánicas. Para el estudio de los efectos provocados por la nitruración por plasma, las muestras se nitruraron variando el tiempo de nitruración con valores desde 3 hasta 6 hrs, en un rango de temperaturas desde 412 a 550 0C, y mezcla de gases Ar- N2-H2 variable. Para el Ar fue de 15-88 %, H2 de 10-84 % y finalmente para el N2 fue desde 1hasta10 %. La estructura de la capa nitrurada fue analizada por microscopía óptica (MO), microscopía electrónica de barrido (MEB), espectrometría de energía dispersiva (EDS), y difracción de rayos X (XRD). Se realizaron mediciones de la microdureza para determinar las correlaciones de la profundidad de capa vs microdureza alcanzada, se realizaron ensayos de tribología y desgaste mediante la técnica de pin-on-disc. Los resultados de la caracterización microestructural mostraron que con tiempos de nitruración de 6 hrs y 550 0C se formó́ una capa compacta y homogénea en espesor, la cual obtuvo el valor más alto de microdureza (744 Hv) con un espesor de capa de aproximadamente 6 μm, formada por pequeños cristales de los nitruros Fe2-3N y γ’ - Fe4N, los cuales fueron identificados mediante difracción de rayos X. Los resultados de los análisis de espectroscopia de energía dispersiva mostraron un perfil de disminución de la concentración del N, desde la superficie h a c i a al centro del material, provocando una disminución de la microdureza hacia el interior del material. Los resultados de tribología mostraron un aumento de la resistencia al desgaste en los aceros nitrurados respecto al, de llegada.