Fatiga térmica en aceros grado herramienta con modificación superficial.

Quiñones Salinas, Miguel Ángel (2018) Fatiga térmica en aceros grado herramienta con modificación superficial. Doctorado thesis, Universidad Autónoma de Nuevo León.

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Resumen

Fatiga térmica es una de las fallas más notorias en herramentales para trabajo en calientes. Adicionalmente a las altas cargas mecánicas y tribológicas, los herramentales también están sometidos a cargas térmicas repetitivas acompañadas de gradientes de temperatura localizados entre la superficie libre y su núcleo. Fluctuaciones de carga térmica resultan en nucleación y posterior propagación de grietas por fatiga térmica. La aplicación de tratamientos de modificación superficial como nitrurado, recubrimientos duros y su combinación como tratamientos dúplex (ej. nitrurado más recubrimiento) ha sido efectivo para reducir la oxidación, corrosión, erosión y el desgaste del herramental. Sin embargo, todavía es incierto si esta tecnología (tratamiento superficial o dúplex) tienen algún efecto real de mitigación (y si es así, hasta qué punto) en la nucleación y crecimiento de grietas de fatiga térmica en la superficie de las herramientas. Este trabajo presenta una investigación experimental sobre la fatiga térmica en acero grado herramienta para trabajo en caliente H13 bajo seis diferentes condiciones de modificación superficial. Una condición sólo con nitrurado y cinco con tratamiento dúplex (tratamiento superficial de nitrurado acompañado en cada caso de los siguientes recubrimientos: TiN, TiAlN, (CrN/TiN)x3, CrN, (Cr/CrN)x8, aplicados por el método de deposición física en fase vapor). Los sistemas analizados se clasificaron en base a la intensidad de agrietamiento observada después de las pruebas de fatiga térmica. Para reproducir el mecanismo de falla se utilizó un banco de pruebas basado en calentamiento por inducción a alta frecuencia y enfriamiento por aspersión de agua bajo las siguientes condiciones: temperatura máxima en la superficie de la muestra 600°C, temperatura mínima en la superficie de la muestra 80°C, tiempo de calentamiento por ciclo: 15 segundos, tiempo de enfriamiento por ciclo: 10 segundos y el número total de ciclos térmicos para la terminación de la prueba: 500, 1000 y 2000. El comportamiento de la capa de difusión (nitrurado), los recubrimientos aplicados y cada sistema, sobre la intensidad de la fatiga térmica se discute de acuerdo a la densidad de grietas superficiales y a la profundidad de propagación de grieta en diferentes intervalos de prueba. Finalmente, basado en los resultados de la investigación, se discute la aplicabilidad de los tratamientos de modificación superficial en herramentales para trabajo en caliente sometidos a la fatiga térmica.

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