Resistencia a la corrosión y desgaste del acero 304 nitrurado mediante el proceso de plasma pulsado / Claudia Suárez M ; tutor Mariana Staia

Ilustraciones Sección Publicaciones Oficiales Tesis de Grado Bibliografía Pregrado Apéndices Universidad Central de Venezuela, Facultad de Ingeniería, Escuela de Ingeniería Metalúrgica y Ciencia de los Materiales Ing. Metalúrgico

En este trabajo se realizó el estudio de la resistencia a la corrosión y desgaste de un acero 304, nitrurado mediante el proceso de plasma pulsado. Con dicho estudio, se busca evaluar la resistencia ante el desgaste deslizante del acero en un medio corrosivo, para lo cual se debe determinar una serie de valores y datos experimentales obtenidos a partir del ensayo de desgaste-corrosión y de la construcción de la curva potenciodinánica de dicha aleación utilizando una solución de NaCl al 3.5 %. Por otra parte, también se evalúa la resistencia ante el desgaste deslizante en un medio de altas temperaturas, mediante el ensayo de desgaste a 600 ºC. Este evaluación fue realizada empleando muestras de acero inoxidable AISI 304 que han sido nitruradas durante 30 y 40 minutos a una temperatura promedio de 400 ºC en un reactor de plasma por el método de descarga incandescente, con una relación de N2:H2 de 4:1 y una fuente de corriente directa pulsada a 400V y 100Hz. Se determino que para los 30 minutos de nitruración se obtuvo una fase conocida como fase S o austenita expandida únicamente, mientras que para los 40 minutos se denota la aparición de precipitados de Fe4N y CrN que acompañan esta fase a lo largo de su superficie formando una capa blanca. Mediante Microscopia electrónica de barrido (MEB) se logran observar ambos cambios microestructurales y la profundidad de la modificación superficial, teniendo como resultado que para diferentes tiempos el espesor de la fase es el mismo, alrededor de 24µm. Se consideró importante evaluar la resistencia frente a la corrosión de las muestras nitruradas ya que se trata de un acero inoxidable que generalmente cuenta con una alta resistencia frente a esta propiedad. Mediante el ensayo de la celda de corrosión y las observaciones realizadas en el MEB se determinó que la muestras nitruradas sufren un tipo de corrosión selectiva en el limite de grano, es decir, presentan una corrosión intergranular, esto se piensa que es debido principalmente a que la temperatura de nitruración induce la sensitización del material para ambos tiempos, a diferencia del acero sin modificación que sufre múltiples picaduras. Conforme con esto y, se comprobó que el acero pierde parte de su resistencia a la corrosión al encontrarse nitrurado. Se evaluó el comportamiento ante el desgaste y las características de fricción de la superficie antes y después de la nitruración mediante el ensayo de desgaste deslizante con la configuración bola-sobre-disco a temperatura ambiente en un medio de NaCl al 3,5% y a una temperatura de 600 ºC sin lubricante, utilizando bolas de alúmina de 6 mm de diámetro como contraparte estática, a una velocidad de 0.1 m/s con una carga de 5 N y un recorrido de 1 Km. Para el ensayo de tribo-corrosión (desgaste corrosión) se combinan mecanismos de abrasión y adhesión principalmente alcanzándose un valor de coeficiente de fricción µ de 0,17 para el acero sin nitrurar y de 0,18 y 0,17 para el acero nitrurado a 30 y 40 minutos, respectivamente. Se obtuvo una disminución de la resistencia al desgaste para las condiciones nitruradas la cual es directamente proporcional al tiempo de nitruración. En el caso del ensayo de desgaste a altas temperaturas imperan los mecanismos de adhesión y oxidación, obteniéndose valores de coeficiente de fricción µ de 0,55 y 0,56 para ambos casos, destacando que la resistencia al desgaste se incrementa con respecto al acero sin nitrurar. Sin embargo, mientras mayor es el tiempo de nitruración menor es resistencia al desgaste a alta temperatura debido principalmente a la mayor cantidad de nitruros de Fe en estas muestras nitruradas.