Efecto de la adición de pequeños contenidos de Ti, Nb y C en las propiedades de desgaste de la aleación Co-30Cr-5Mo

Abstract

This work studies the addition of 0.5%Nb or 0.5%Ti in a Co-30Cr-5Mo alloy as well as the increase of carbon from 0.1 to 0.3%. The main goal was to increase the wear resistance of the alloy with such additions due to the formation of primary carbides (TiC and NbC). The additions of carbon, niobium and titanium were as ferroalloys, which implies the addition of iron into the chemistry of the alloy. Microstructural prediction studies by JMatPro indicate that the addition of all of these elements promotes an increase in the amount of the sigma phase, an undesirable phase because it is a hard brittle intermetallic compound. However, this undesirable phase could be eliminated from the structure by means of a solubilization heat treatment undertaken at 1200 °C for two hours; this heat treatment lowered the values of hardness of the alloys. An additional aging heat treatment promoted the precipitation of chromium carbides of the type M23C6 as dispersed elongated bars within the cobalt matrix, which notably increased the hardness of the alloys. Each alloy was wear tested under two loads 52 and 78 N and under dry sliding and also under lubricated sliding using Hank´s solution as lubricant; the tests were undertaken at a sliding speed of 0.5 m/s. Results indicated that the addition of Ti and Nb produced small amounts of TiC and NbC in addition to a light increase in the amount of the sigma phase which increased hardness in the as-cast conditions. These alloys, with Ti and Nb additions, showed the higher hardness values in the as-aged conditions.

Este trabajo estudió el efecto de adicionar contenidos de 0.5% de niobio o titanio en una aleación Co-30Cr-5Mo, así como incrementar el contenido de carbono de 0.1 a 0.3%. El objetivo fundamental de tales adiciones fue mejorar la resistencia al desgaste por deslizamiento de las aleaciones mediante la formación adicional de carburos de Ti y Nb. Tanto el carbono como titanio y niobio se presentan en forma de ferroaleaciones en el mercado, por lo que adicionarlos a las aleaciones implica también adicionar hierro a la composición. Estudios de predicción microestructural por JMatPro, indicaron que las adiciones de todos estos elementos promueven un incremento en la cantidad de la fase sigma, la cual es indeseable por ser un compuesto muy duro y frágil. Afortunadamente, esta fase indeseable se pudo eliminar mediante un tratamiento térmico de solubilizado a 1200 °C por tres horas, lo cual baja la dureza de las aleaciones. Un tratamiento térmico adicional de envejecido produjo la precipitación de carburos de cromo del tipo M23C6 en forma de barras alargadas en forma dispersa en la matriz de cobalto produciendo la máxima dureza en las aleaciones. Cada una de las aleaciones fue ensayada en desgaste bajo dos cargas 52 y 78 N y bajo condiciones de deslizamiento en seco y en contacto lubricado mediante solución de Hank y a una velocidad de deslizamiento de 0.5 m/s. Los resultados indicaron que las adiciones de Ti y Nb producen pequeñas cantidades de NbC y TiC y un ligero aumento en el contenido de la fase sigma, lo cual incrementa la dureza en condiciones de colada. Estas mismas aleaciones, con adiciones de Nb y Ti presentaron los valores máximos de dureza en condiciones de envejecido.