Evaluación de la resistencia al desgaste de una aleación borurada ASTM F1537 aleación 1 inmersa en una solución de Hank

Abstract

RESUMEN: En el presente trabajo de investigación, se evaluaron las propiedades mecánicas y tribológicas de la aleación ASTM F1537 aleación 1 (material de referencia) y la aleación borurada ASTM F1537 aleación 1 (aleación borurada). El tratamiento de borurado se llevó a cabo a una temperatura de 1273 K con tiempo de exposición de 10 horas; posteriormente, al analizar la capa superficial formada sobre el material de referencia, se obtuvo una capa bifásica, con la presencia de una fase CoB con un espesor de 35 ± 2 μm y una fase Co2B con un espesor de 10 ± 1 μm. La caracterización tribológica se realizó a través de pruebas de desgaste reciprocante lineal, de acuerdo a lo establecido por la norma ASTM G133-05. La prueba se llevó a cabo en condición húmeda, utilizando una solución de Hank; como contraparte, se empleó una bola de alúmina (Al2O3) de 6 mm de diámetro, empleando cargas variables entre 5 a 20 N y una distancia de deslizamiento constante de 100 m. Los resultados obtenidos de la prueba de desgaste reciprocante lineal en ambiente húmedo, utilizando una solución de Hank, muestran que la aleación borurada presentó una mayor resistencia al desgaste que el material de referencia. Los volúmenes removidos para la aleación borurada se encuentran en un rango de 0.7 a 2.3 x 10−3 [mm3]; las tasas de desgaste oscilan entre 1.13 a 1.36 x 10−6 [mm3/Nm], para el conjunto de cargas utilizadas. Al analizar los resultados del material de referencia, se obtienen volúmenes removidos en un rango de 7.3 a 18.0 x 10−3 [mm3], mientras las tasas de desgaste oscilan entre 9.0 a 14.6 x 10−6 [mm3/Nm]. Los resultados obtenidos para ambos materiales varían significativamente debido a que, en la aleación borurada, se formó una capa superficial con alta dureza, aproximadamente de 19.5 GPa, minimizando el desgaste; así mismo, el comportamiento de los coeficientes de fricción y los mecanismos de falla obtenidos en los canales de desgaste fueron analizados en ambos materiales. ABSTRACT: In this study, the mechanical and tribological properties of the boride layer formed on the surface of the ASTM F1537 alloy 1 were evaluated. The powder-pack boriding process on alloy ASTM F1537 alloy 1 was carried out at a temperature of 1273 K for 10 h of exposure. The tribological characterización was performed through ball-on-flat sliding wear test according to the ASTM G133-05 procedure. Alumina balls of 6 mm diameter were used as a counterface material in wet conditions (Hank’s solution). Different applied loads between 5 to 20 N were employed with a sliding distance of 100 m, and a constant sliding velocity of 0.01 m/s. The results of the tests established that, the borided alloy showed a higher wear resistance compared with the reference material. The material removal of the borided alloy were ranged between 0.7 to 2.3 x 10−3 [mm3], and the wear rates oscillated between 1.13 to 1.36 x 10−6 [mm3/Nm], for the overall experimental conditions. Finally, the behavior of the friction coefficient and the wear mechanisms obtained on the surface of the wear tracks for both materials were analyzed.