Tesis
Análisis numérico y experimental de la prueba de rasgado de aceros borurados y nitrurados.
Fecha
2017-11-29Registro en:
Jiménez Tinoco, Luis Fernando. (2017). Análisis numérico y experimental de la prueba de rasgado de aceros borurados y nitrurados. . (Doctorado en Ciencias en Ingeniería Mecánica). Instituto Politécnico Nacional, Sección
de Estudios de Posgrado e Investigación, Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica, Unidad
Zacatenco. México.
Autor
Jiménez Tinoco, Luis Fernando
Institución
Resumen
En el presente trabajo se estudió la prueba de rasgado, la cual es una de las técnicas más aceptadas para la medición de la calidad y adhesión de los recubrimientos. Mediante el método del elemento finito y con base a pruebas de rasgado experimentales en recubrimientos de boruros y nitruros, se obtuvieron los campos de esfuerzos generados durante la prueba. Los mecanismos de falla y cargas críticas de las capas son explicadas en base a los campos de esfuerzos obtenidos en el análisis numérico. Finalmente, combinando la parte experimental y numérica se determinó la tenacidad a la fractura de las capas de boruros y nitruros.
El trabajo consta de dos etapas, una primera donde se retomó el trabajo realizado por Jiménez- Tinoco (2013) en el que realiza una evaluación de la adhesión a capas de boruros obtenidas en un acero AISI 304 borurado. Para realizar el análisis numérico de la prueba de rasgado se tomaron de este trabajo datos experimentales como metalografías, propiedades mecánicas obtenidas de las pruebas de indentación instrumentada y los parámetros experimentales con los que se realizó la prueba de rasgado. Con la ayuda del programa de Abaqus V6.13 se realizó un modelo numérico de la prueba de rasgado, donde se consideró al substrato y a las capas de boruros como un material elástico-plástico. Los resultados de la simulación numérica mostraron una buena correlación con los datos experimentales, además se explicaron los mecanismos de falla encontrados a partir de los esfuerzos que se generaron en la prueba.
La segunda parte consta de un análisis numérico y experimental de la prueba de rasgado en un acero AISI H13 borurado y nitrurado. Primeramente se realizaron los tratamientos termoquímicos seguidos de una caracterización que comprendió un análisis metalográfico y difracción de rayos X, además se obtuvieron valores de dureza y módulo elástico de las capas por la técnica de indentación instrumentada. Se realizaron pruebas experimentales de rasgado a fin de obtener los parámetros de prueba, cargas críticas, profundidades y mecanismos de falla. En el análisis numérico, el modelo se realizó de manera axisimétrica a diferencia del que se presentó en la primera parte. Abstract
The present work studied the scratch test, which is one of the most accepted techniques for the measurement of the quality and adhesion of the coatings. By means of the finite element method and based on experimental scratch tests in boron and nitride coatings, the stress fields generated during the test were obtained. The failure mechanisms and critical loads of the layers are explained based on the stress fields obtained in the numerical analysis. Finally, by combining the experimental and numerical part, the fracture toughness of the borides and nitrides layers was determined.
The work consists of two stages. A first one, the work carried out by Jiménez-Tinoco (2013) in which the adhesion of layers of borides obtained in a bored AISI 304 steel is evaluated; for the numerical analysis of this work, experimental data such as metallography, mechanical properties obtained from instrumented indentation tests and the experimental parameters of the scratch test were taken. A numerical model of the scratch test was performed using the Abaqus V6.13 program, where the substrate and borides layers were considered as an elastic-plastic material with isotropic hardening. The results of the numerical simulation showed a good correlation with the experimental data.
The second part consists of a numerical and experimental analysis of the scratch test on a borided and nitrided AISI H13 steel. The thermochemical treatments were carried out followed by a characterization that included a metallographic analysis and X-ray diffraction. In addition, hardness and elastic modulus values of the layers were obtained by the instrumented indentation technique. Experimental scratch tests were performed to obtain test parameters, critical loads, depths and failure mechanisms. In the numerical analysis, the model was performed in an axisimetric way, unlike the one presented in the first part.