View
225
Download
0
Category
Preview:
Citation preview
7/24/2019 Tesis en Corrosion Desgaste Word
1/58
UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO
FACULTAD DE INGENIERA
ESCUELA DE INGENIERA DE MATERIALES
I.
EFECTO DEL TIEMPO DE NITROCARBURIZACION
GASEOSA SOBRE LA RESISTENCI A LA CORROSION Y
DESGASTE DEL ACERO AISI 4140
TESIS PARA OPTAR EL TITULO PROFESIONAL DE INGENIERO DEMATERIALES
AUTORES : Bach. CIPIRAN DIAZ, JOHN MITCHEL
Bach. PONCE ESQUIVEL, NELVER FAUSTO
ASESORES : Msc. DONATO CRDENAS ALAYO
CO-ASESOR : Dr. SANTIAGO FLORES MARIN
TRUJILLO PERAGOSTO 2006
1
7/24/2019 Tesis en Corrosion Desgaste Word
2/58
DEDICATORIA
A Dios por todolo bueno que medio en la vida.
A mis padres, Eufemia y Vctor por
su sacrificio incondicional para hacerde m un buen profesional.
A mi compaera de toda la vida,Helen por estar siempre a mi lado enlos momentos ms difciles.
A mis compaerosde estudio, en especiala Ronald Crispn con los cuales
pasamos momentosinolvidables.
A todos gracias.
JOHN
7/24/2019 Tesis en Corrosion Desgaste Word
3/58
DEDICATORIA
A Dios por guiar mi caminohacia el bien de los dems
A mi familla por inculcarmelos valores, disciplina,honestidad y por su apoyocontinuo en todas las etapas demi vida
A todos gracias.
NELVER
7/24/2019 Tesis en Corrosion Desgaste Word
4/58
AGRADECIMIENTO
Nuestro asesor Msc. Ing. Donato Crdenas Alayo por su apoyo y orientacin en la
realizacin de este trabajo de investigacin.
Nuestro Co asesor Dr. Santiago Flores Marn por su apoyo y orientacin en la
realizacin de este trabajo de investigacin.
Al Ing. Jos Roa representante de la empresa Aceros del Per S.A.C por darnos la
facilidades y la oportunidad de realizar nuestro trabajo de investigacin en el rea de
tratamientos termoqumicos de superficie.
A los Ingenieros Alexander Vega Anticona y Alex Daz Daz por sus sugerencias y
orientacin en la realizacin de este trabajo de investigacin.
A los docentes del Departamento de Ingeniera de Minas, Metalrgica y Materiales
por su apoyo incondicional.
7/24/2019 Tesis en Corrosion Desgaste Word
5/58
NDICE
Dedicatoria .......................................................................................................................i
Agradecimiento ..............................................................................................................iii
ndice ...............................................................................................................................iv
Resumen ..........................................................................................................................vi
Abstract...........................................................................................................................vii
CAPITULO I
INTRODUCCIN
1.1.Realidad Problemtica.............................................................................................01
1.2.Antecedentes Bibliogrficos....................................................................................02
1.3.Marco Terico .........................................................................................................03
1.3.1. Tratamientos Termoqumicos......................................................................03
1.3.2.
Desgaste.......................................................................................................10
1.3.3. Corrosin .....................................................................................................13
1.4.Enunciado del Problema..........................................................................................17
1.5.Hiptesis..................................................................................................................17
1.6.Objetivos..................................................................................................................17
1.7.
Importancia..............................................................................................................17
CAPITULO II
MATERIALES Y MTODOS
2.1. Material de Estudio................................................................................................18
...................................................................................................................................
2.2.
Equipos, Instrumentos y Reactivos .......................................................................19
7/24/2019 Tesis en Corrosion Desgaste Word
6/58
2.3. Mtodos .................................................................................................................20
...................................................................................................................................
2.4.
Procedimiento........................................................................................................22
...................................................................................................................................
CAPITULO III
RESULTADOS
3.1. Ensayo de Corrosin.............................................................................................25
3.2.
Ensayo de Desgaste ..............................................................................................27
3.3. Ensayo de Microdureza ........................................................................................30
3.4. Microestructura......................................................................................................31
CAPITULO IV
DISCUSIN DE RESULTADOS
4.1. Resistencia a la Corrosin .....................................................................................33
4.2. Resistencia al Desgaste..........................................................................................34
4.3. Dureza y Profundidad de Capa ..............................................................................35
4.4. Microestructura......................................................................................................35
CAPITULO V
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES5.1. Conclusiones............................................................................................................36
5.2. Recomendaciones ...................................................................................................36
REFERENCIAS BIBLIOGRFICAS ...........................................................................37
APNDICE ......................................................................................................................3
ANEXOS
7/24/2019 Tesis en Corrosion Desgaste Word
7/58
RESUMEN
El presente trabajo de investigacin evala el efecto del tiempo de nitrocarburacin
gaseosa sobre la resistencia a la corrosin y desgaste del Acero AISI 4140.
El tratamiento de nitrocarburacin gaseosa se realiz empleando una atmsfera
compuesta (34%NH3+ 33%C3H8+ 33%N2) a la temperatura 600C durante 3,6 ,9 y 12
horas de tratamiento, se han caracterizado las capas nitrocarburadas a travs de su
espesor, perfil de microdureza y microestructura. Las pruebas de corrosin se realizaron
empleando una cmara de niebla salina usando como medio a una solucin de 5%
NaCl. Los resultados de la velocidad de corrosin indican que el acero AISI 4140
nitrocarburado presenta menor velocidad de corrosin comparadas con el acero AISI
4140 no nitrocarburado. Las pruebas de desgaste se realizaron empleando un torno
horizontal con una velocidad de 355 RPM usando como desgastador una pastilla de
carburo de tungsteno de 1800Hv. Los resultados indican que el acero AISI 4140
nitrocarburado presenta menor perdida de peso comparado con el acero AISI 4140 no
nitrocarburado. Sin embargo para tiempos prolongados de nitrocarburizacion entre 9 a
12 horas da lugar a una descomposicin de los carbonitruros as como tambin la
formacin de capas porosas que disminuyen la dureza superficial, la resistencia al
desgaste y a la corrosin.
7/24/2019 Tesis en Corrosion Desgaste Word
8/58
ABSTRACT
The present research was evaluated the effect of gas nitrocarburizing time on corrosion
and wear resistance of the AISI 4140 Steel.
The treatment gas nitrocarburizing was using a gas mixture of 34%.NH3+ 33% C3H8+
33% N2 at 600 C during 3,6,9 and 12 hours, the nitrocarburized layers were
characterized by the microhardness profiles, thickness and microstructure. The
corrosion test was realized using a salt spray chamber, with a 5% NaCl solution. The
results show that the corrosion rate of the AISI 4140 steel nitrocarburized present
smaller corrosion rate comparison with steel not nitrocarburized
The wear test was made in a horizontal turn machine of 355 rpm, with sample abrasive
of tungsten carbide 1800 Hv hard. The results show AISI 4140 Steel nitrocarburized
have smaller weight loss comparison with the steel not nitrocarburized.
However, for the treatment time about 9 and 12 hour, the samples nitrocarburized
present a decreased of the hard layer, corrosion and wear resistance because the
descomposition of carbonitrides and formation porous layers.
7/24/2019 Tesis en Corrosion Desgaste Word
9/58
I. INTRODUCCIN
1.1Realidad ProblemticaEn la actualidad las industrias automotrices, metalmecnica, pesquera y del plstico,
hacen uso de diversos tipos de aceros, los cuales debido a las condiciones extremas de
trabajo sufren el deterioro o fallas en servicio por diversos factores como: fatiga,
desgaste, corrosin, altas tensiones de trabajo, etc. Para tal efecto estos aceros son
sometidos a un tratamiento trmico o termoqumico que le permita mejorar sus
propiedades mecnicas y prolongar la vida til del componente. [1]En el Per, se estima que las prdidas por corrosin superan el 8 % del Producto
Nacional Bruto, lo que signific que para el ao 2004 stas alcanzaran cerca de 1 200
millones de dlares, de los cuales al sector de las industrias qumicas y del petrleo les
corresponde 120 millones de dlares. Sin embargo, si se aplicaran adecuadamente a esta
problemtica los conocimientos ya existentes, se lograra reducir las prdidas sin
necesidad de nuevos avances o desarrollo de nuevos materiales en un 25 a 30%
aproximadamente. Ms an, queremos que empresarios, profesionales, estudiantes y
pblico en general tomen mayor conciencia, para que los procesos sean ms limpios,
ms eficientes, con mayor rentabilidad.[30]
En nuestro medio( La Libertad), an no se han difundido trabajos de investigacin para
obtener datos prcticos de la influencia del tiempo de nitrocarburacion gaseosa sobre la
resistencia al desgaste y la corrosin del acero AISI 4140, los mismos que sirven para
fabricar cigeales, vlvulas de escape, engranajes, ejes de transmisin, en el sus
perdidas son cuantiosas. En estos componentes su dureza superficial es de suma
importancia y a su vez surgi la inconformidad de clientes de la empresa (ACEPESAC),
con respecto a la deficiencia de estos aceros frente a diversos factores: como el desgaste
y la corrosin que generan muchas fallas de los componentes en servicio.[3]
7/24/2019 Tesis en Corrosion Desgaste Word
10/58
1.2 Antecedentes
karim M. y Dengel D. Evaluaron la corrosin fatiga de aceros SAE 4135 y SAE 4140
nitrocarburizados en bao de sales, determinaron que expuesto a un medio de 5% NaClse reduce drsticamente su resistencia a la fatiga, este comportamiento puede ser
mejorado con un tratamiento de oxidacin posterior a la nitrocarburizacin donde la
presencia de poros en la capa de compuestos es cubierta por xidos mejorando su
resistencia en la corrosin fatiga.
Malinova T. y Pantev N. Evaluaron un modelo matemtico para la simulacin del perfil
de microdureza de un acero AISI 4340 nitrocarburado a gas, empleando un modelo
matemtico es posible simular y predecir el perfil de microdureza de aceros
nitrocarburados a gas.
Corengia P. y Quintero M. Evaluaron el comportamiento frente a la corrosin de Aceros
AISI 4140 y AISI 410 nitrurados por plasma, determinaron que el Acero AISI 4140
nitrurado presenta menor velocidad de corrosin comparado con las muestras no
nitruradas, sin embargo la nitruracin por plasma afecta negativamente a la resistencia
de la corrosin del acero Inoxidable Martensitico AISI 410, a causa de la formacin
de nitruros de cromo de baja resistencia a la corrosin.
Santos E. Evalo termodinmicamente procesos de nitruracin, nitrocarborizacin y
carbonitruracin gaseosa mediante software chemsage, determin termodinmicamente
que para tiempos prolongados de nitruracin gaseosa los nitruros formados reaccionan
reversiblemente liberando molculas de nitrgeno gaseoso siendo responsable de la
formacin de poros en la capa nitrocarburada afectando negativamente su resistencia a
la corrosin y desgastes.
7/24/2019 Tesis en Corrosion Desgaste Word
11/58
Contijo L. y Machado R. Evaluaron el efecto de las condiciones de enfriamiento sobre
la microestructura de capas carbonitruradas en un acero AISI 304 carbonitrurado a gas,
determinando que emplendose como medio de enfriamiento el vaco, presenta una
microestructura distinta con la formacin de fases de menor resistencia a la corrosin
que enfriado en aceite.
Vega A. Evalu la influencia del tiempo de nitruracin por gases de 5,10 y15 horas
aplicadas a probetas de Acero SAE 4340, 4141 y 1045 con una y dos etapas de
nitruracin sobre la dureza superficial, profundidad de endurecimiento y ablandamiento
del ncleo, determin que el incremento del tiempo de nitruracin origina una mayor
formacin de nitruros aumentando sus dureza y espesor de capa.
1.3 Marco Terico y Conceptual
1.3.1. Tratamientos termoqumicos
Los tratamientos termoqumicos se utilizan ampliamente en la industria (automotriz,
aeronutica, metalrgica, metalmecnica,). Para mejorar el comportamiento al
desgaste y a la corrosin de componentes metlicos.
El objetivo de los tratamientos termoqumico es el endurecimiento superficial de los
aceros mediante la modificacin parcial de su composicin qumica en las secciones
que se desea endurecer. Entre los tratamientos mas empleados en la industria
tenemos a la nitruracin, nitrocarburizacin y carburacin. Los elementos que se
incorporan a la superficie para modificar su composicin y propiedades entre ellos
tenemos al nitrgeno, carbono, hidrogeno y oxigeno. [10]
A) Nitruracin: La nitruracin es un tratamiento termoqumico ferrtico y
generalmente involucra la introduccin de nitrgeno atmico en la ferrita en el
rango de temperatura de 500 590C, dentro de los tipos de nitracin tenemos:
gaseosa, liquida y plasma. [11]
7/24/2019 Tesis en Corrosion Desgaste Word
12/58
a.1) Nitruracin gaseosa: Es uno de los procesos que utiliza amonaco como
atmsfera de nitruracin para obtener el nitrgeno atmico necesario para
producir el endurecimiento superficial. La temperatura empleada para dicho
tratamiento est comprendida entre 520-580 C. [12]
El amonaco se disocia segn la siguiente reaccin:
El nitrgeno atmico es absorbido por el acero.
Fig. 1.1 Difusin de nitrgeno en la red de la ferrita[13]
a.2) Nitruracin en bao de sales
Es un tipo de nitruracin que consiste en el empleo de un medio nitrurante
constituido por una mezcla de sales cianuradas de sodio y potasio a las
temperaturas de 550 a 580C, en este proceso son difundidos tanto el nitrgeno
como el carbono. [14]
7/24/2019 Tesis en Corrosion Desgaste Word
13/58
a.3) Nitruracin por plasma
Consiste en la difusin de nitrgeno atmico en la superficie del acero por
medio de un plasma. El equipamiento utilizado para el tratamiento consisteesencialmente en una cmara de vaco, un sistema de bombeo, un sistema de
distribucin de gases y una fuente elctrica. [15]
B) Nitrocarburizacin
Es un tratamiento termoqumico que consiste en la introduccin de nitrgeno y
carbono en la ferrita en el rango de temperaturas de 550-620C con el objetivo
de obtener una superficie con alta dureza, resistencia al desgaste y a la corrosin.
Las diferentes fases que se presentan en la nitrocarburizacion se muestran en la
figura 1.2
Nitrogen content
Fig. 1.2 diagrama de fase ternario Fe-C-N a 575 C.[16]
7/24/2019 Tesis en Corrosion Desgaste Word
14/58
b.1) Mecanismo de nitrocarburizacion
Reacciones de intercambio gaseoso.
Las reacciones que rigen el proceso de Nitrocarburacin son:
223 23
21 HNNH + (1)
42483 CCHHC H + (2)
Cuando introducimos molculas que contienen carbono y oxigeno se
establece la reaccin
COOHCOH ++ 222 (3)
Una reaccin poco conocida es la que tiene lugar entre el amoniaco y la
molcula de CO
OHHCNCONH23
++ (4)
Reacciones de transferencia de masa
Las reacciones capaces de suministrar N y C susceptibles de reaccionar
con el acero a Nitrocarburar son:
242
24
2
23
22
2
2
3
HCHC
HCCH
NNN
HNNH
+
+
+
+ (5)
En la figura 1.3 se observa las distintas fases que se pueden formar
controlando el contenido de CO y el potencial de nitruracin.
7/24/2019 Tesis en Corrosion Desgaste Word
15/58
Fig. 1.3Influencia de la composicin del gas sobre la formacin decarbonitruros.[17]
b.2) Microestructura de capas Nitrocarburadas
Los carbonitruros de fierro se desarrollan por nucleacin. La primera fase
en nuclearse es la cementita -Fe3C a causa de la absorcin de carbono
de la atmsfera gaseosa sobre la superficie de acero seguido del
carbonitruro -Fe4(N,C)1- X a causa de la baja solubilidad de carbono
posteriormente se forma el carbonitruro -Fe2(N,C)1- Z .
La capa nitrocarburada esta formado por dos zonas:
Capa de compuestos: Es una capa formada por carbonitruros de
fierro, llamada tambin capa blanca.
Zona de difusin: es una zona formada a base de nitruros y carburos
de (Mn, Al, Cr, Mo) formados por solucin slida.
La composicin de la capa nitrocarburada depende de los factores:
Temperatura, tiempo, mezcla de gases, condiciones de enfriamiento,
Composicin qumica del acero.
7/24/2019 Tesis en Corrosion Desgaste Word
16/58
zona de
compuestos
zona de
di fus ion
Nucleo
Fig. 1.4. Fotomicrografia de un acero AISI 4140 nitrocarburizado a 600C, por 12horas a 1000X. [18]
b.3) Porosidad de la capa de compuestos
La porosidad es un problema que ocurre en distintos tratamientos
termoqumicos parte de la capa exterior de la capa de compuestos
usualmente contiene poros causando una disminucin en su resistencia
al desgaste, corrosin y perdida de sus propiedades mecnicas. Los
carbonitruros, nitruros a altas temperaturas y tiempos prolongados de
tratamiento son termodinmicamente inestables descomponindose y
liberando nitrgeno gaseoso N2responsable de la porosidad de la capa de
compuestos. Las reacciones de descomposicin de los nitruros son:
Fe4N 4 Fe + 0.5 N2 (g)
Fe2N 2 Fe + 0.5 N2 (g)
7/24/2019 Tesis en Corrosion Desgaste Word
17/58
Fig. 1.5Inestabilidad de la formacin de nitruros a medida que aumenta latemperatura. [19]
Fig. 1.6 Fotomicrografia de un acero SAE 4140 nitrurado a 540C mostrandouna capa de compuestos porosa [20]
Generalmente el incremento de la porosidad de la capa se debe al incremento
del tiempo de tratamiento, actividad del nitrgeno y el bajo contenido de
elementos aleantes.
7/24/2019 Tesis en Corrosion Desgaste Word
18/58
Fig. 1.7Espesor de capa y porosidad en funcin del tiempo denitrocarburizacion.[21]
1.3. 2. Desgaste
Se define como la perdida de metal en la interfase de dos cuerpos sujeto a un
movimiento relativo bajo la accin de una carga, el desgaste abrasivo y
adhesivo cumplen con la siguiente ley de desgaste. [22]
Ley de desgaste:H
Wb
S
V*=
Donde:
V = volumen de desgaste
S = distancia de deslizamiento
b = coeficiente de desgaste
H = dureza del acero
W = carga aplicada
7/24/2019 Tesis en Corrosion Desgaste Word
19/58
a) Factores de desgaste
Factores metalrgicos: Composicin qumica, dureza, tenacidad.
Factores de operacin: Temperatura de trabajo, tipo de carga, velocidad.
b) Tipos de Desgaste
b.1) Desgaste abrasivo
Es el desgaste producido por partculas abrasivas que se deslizan sobre la
superficie metlica produciendo desprendimiento de material, rayaduras
profundas. La velocidad de desgaste depende del grado de penetracin del
abrasivo en la superficie y por lo tanto es funcin de la dureza superficial del
material. La dureza, la tenacidad y sobre todo la rugosidad de las partculas
abrasivas, acentan la abrasin, mientras que la fragilidad de stas atena su
efecto.
Fig.1.8 Mecanismo del desgaste abrasivo.[23]
b.2) Desgaste por erosin:
Es una forma de desgaste que resulta por el impacto y corte de partculas
duras en presencia de un fluido, la velocidad de la partcula, tamao y ngulo
de contacto determina el grado de desgaste por erosin.
7/24/2019 Tesis en Corrosion Desgaste Word
20/58
Fig.1.9 Mecanismo del desgaste por erosin. [24]
b.3) Desgaste por Adhesin
El desgaste por adhesin se define como la perdida de metal entre las
superficies que interactan como resultado de la adherencia entre asperezas, el
desgaste por este mecanismo es severo si no existe lubricacin adecuada.
Fig.1.10 Mecanismo de desgaste por adhesin. [25]
7/24/2019 Tesis en Corrosion Desgaste Word
21/58
b.4) Desgaste por Fatiga
Es una forma de desgaste caracterstico de la superficie que entran en contacto
sometidos a elevados esfuerzos cclicos de compresin y traccin produciendocambios metalrgicos en la superficie formando grietas.
Fig.1.11 mecanismo desgaste por fatiga.[26]
.
1.3.3. Corrosin
Es el deterioro de un metal al actuar con un medio dando lugar a una
disminucin de sus propiedades mecnicas, qumicas. [27]
A) Tipos de la corrosin metlica
a.1) Generalizada:Es el ataque generalizado de la superficie metlica al actuar
con un medio corrosivo caracterizada por una reaccin electroqumica que tiene
lugar aproximadamente a la misma velocidad y acta uniforme y
homogneamente sobre toda la superficie del metal expuesto al medio corrosivo,
produciendo una reduccin del espesor y por ello del peso del metal.
7/24/2019 Tesis en Corrosion Desgaste Word
22/58
Fig.1.12: Mecanismo de la corrosin generalizada [28]
Reaccin Andica: 2Fe 2Fe2++ 4e-
Reaccin Catdica: O2 + H2O + 4e- 4OH-
Reaccin Global: 2Fe +2H2O +O2 2Fe2++ 4OH- 2Fe (OH)2
Luego el hidrxido ferroso, Fe (OH)2es oxidado a hidrxido frrico, Fe (OH)3:
2Fe (OH)2+ H2O + 1/2O2 2 Fe (OH)3
Precipitado (Herrumbre)
a.2) Corrosin por picadura: Es una forma de ataque corrosivo localizado en
pequeas reas a travs de la superficie del metal, dando lugar a pequeos agujeros
o picaduras. La picadura es el efecto de las celdas de corrosin que tienen sus
superficies catdicas y andicas claramente diferenciadas. El nodo est dentro de
la superficie y el ctodo en el rea circundante.
7/24/2019 Tesis en Corrosion Desgaste Word
23/58
Fig.1.13: Mecanismo de la corrosin por picadura. [29]
Reaccin Andica: Fe Fe2++ 2e-
Reaccin Catdica: O2+ 2H2O +4e- 4OH-
La presencia de iones Cloro (Cl-) e iones ferrosos (Fe2+) permite formar FeCl2el
cual reacciona con el agua (H2O) de la siguiente manera:
FeCl2+ 2H2O Fe (OH)2+ 2HCl
El cido clorhdrico (HCl) formado propicia el ataque localizado segn la
siguiente reaccin:
2HC1 + H2O 2H++ 2C1-+ H2O
Fe Fe2++ 2e-
2H+ + 2e- H2
Nuevamente tenemos en el ambiente Fe2+que atrae los iones Cl-para neutralizar
las cargas, formando FeCl2que denuevo produce iones hidrogeno luego de la
hidrlisis del cloruro ferroso.
7/24/2019 Tesis en Corrosion Desgaste Word
24/58
a.3) Corrosin intergranular: Es un tipo de ataque localizado producido por la
disolucin en los lmites de grano. Este tipo de corrosin se presenta con
frecuencia aceros inoxidables austeniticos debido a la precipitacin de los carburos
de cromo en los lmites de grano.
Fig1.14Ataque intergranular en los lmites de grano de un acero inoxidable 304. [29]
a.4) Corrosin bajo tensin: Es una forma de corrosin que resulta de la accin
simultanea de tensiones mecnicas y un medio corrosivo, con el tiempo aparecen
fisuras y se propagan hacia el interior.
Fluido
Tensin
Fig. 1.15. Mecanismos de corrosin bajo tensin. [31]
7/24/2019 Tesis en Corrosion Desgaste Word
25/58
1.4 Problema
De que manera influye el tiempo de Nitrocarburacin gaseosa sobre la resistencia
a la corrosin y desgaste del acero AISI 4140?
1.5 Hiptesis
A medida que aumento el tiempo de Nitrocarburacin gaseosa se origina una
disolucin de carbonitruros de fierro formados superficialmente obteniendo
una disminucin de la dureza y resistencia al desgaste.
A medida que aumenta el tiempo de nitrocarburizacion gaseosa incrementa la
porosidad de la capa nitrocarburada disminuyendo la resistencia al desgaste y
la corrosin.
1.6 Objetivos
Determinar el efecto del tiempo de nitrocarburizacin gaseosa sobre la resistenciaa la corrosin y desgaste del acero AISI 4140.
Obtener el rango de tiempo de nitrocarburizacin gaseosa apropiado para lograr
una mayor resistencia a la corrosin y desgaste del acero AISI 4140.
1.7 Importancia
El presente trabajo de investigacin permitir a las industrias metalrgicas,
asegurar la calidad de sus tratamientos termoqumicos de superficie mediante la
eleccin correcta de los parmetros de tratamiento y as disminuir los reclamos de
los clientes. Asegurando de esta forma una mejor productividad, eficiencia y
calidad.
7/24/2019 Tesis en Corrosion Desgaste Word
26/58
II MATERIALES Y MTODO
2.1 MATERIAL DE ESTUDIO
Probeta cilndrica de acero AISI 4140 con las siguientes especificaciones:
Dimetro exterior 35 mm, dimetro interior 20 mm. y espesor 10 mm; La
composicin qumica y propiedades mecnicas del acero AISI 4140 se muestran en
las tablas 2.1 y 2.2
Figura 2.1. Dimensiones de las probetas del Acero AISI 4140
Tabla 2.1. Composicin qumica del acero AISI 4140
Elemento C Cr Mo Mn Si
AISI 4140 0.39-0.45 0.90-1.20 0.15-0.30 0.10-0.40 0.60-0.90
Tabla 2.2. Propiedades mecnicas del acero AISI 4140
Dureza (HV)
Tensin
de fluencia
(N/mm2)
Resistencia a
La traccin(N/mm2)
Elongacin(%)
Estriccion (%)
320 715 1030 11 45
7/24/2019 Tesis en Corrosion Desgaste Word
27/58
2.2EQUIPOS, INSTRUMENTOS Y REACTIVOS
Equipos
Cmara de niebla salina
Marca: Liebisch
Voltaje: 220V
Frecuencia: 50Hz
Balanza Electrnica digital
Marca: Sartorios
Capacidad: 210g
Exactitud: 0.1mg
Torno Horizontal
Marca: Mhasa
Potencia: 3.2 Kw.
Voltaje: 220 V
Frecuencia: 60 Hz
Microdurometro Buehler
Cargas: 50, 100, 500, 2000 g.-f
Escalas HV, HRC
Microscopio metalogrfico NEOPHT-21
Mximo aumento 1000x
Horno elctrico de lecho fluidizado PROCEDYNE Mod. 1250-2448
Rango de temperatura: 0-800C.
Comprensora de aire INGERSOLL-RAND
Potencia: 20 HP
Balones de amoniaco. propano, nitrgeno.
7/24/2019 Tesis en Corrosion Desgaste Word
28/58
Instrumentos
Calibrador digital
Marca: Mytuyoyo
Cronometro
Marca: Quartz
Reactivos
Alcohol Industrial
Cloruro de sodio comercial (NaCl)
Carbonato de sodio
cido clorhdrico (H2ClO4)
Acetona
Hexametilen tetranamina
cido ntrico (HNO3)
2.3 MTODOS
2.3.1 Diseo de investigacin
2.3.1.1 Poblacin o universo muestral
Aceros AISI 4140 nitrocarburados a gas
2.3.1.2 Muestra
Esta constituido por 42 probetas de acero AISI 4140 nitrocarburadas a gas
con las siguientes especificaciones: Dimetro exterior 35 mm, dimetro
interior 20 mm y espesor 10 mm.
2.3.1.3 Diseo de Contrastacin
Se empleo un diseo unifactorial y un muestreo aleatorio para la obtencin
de muestras.
7/24/2019 Tesis en Corrosion Desgaste Word
29/58
Tabla 2.3. Niveles de las variables
Variables Independientes Niveles de Estudio
Tiempo de nitrocarburizacion (horas.) 3 6 9 12
Tenemos como variable dependiente a la resistencia a la corrosin (mg/dm2.da) y
desgaste (mg).
Tabla 2.4. Diseo de la matriz experimental
Tiempo deNitrocarburizacion
( horas)Replicas
Ensayos dedureza
Ensayos decorrosin
Ensayos dedesgaste
1 a1 b1 c12 a2 b2 c233 a3 b3 c31 a4 b4 c42 a5 b5 c56
3 a6 b6 c61 a7 b7 c72 a8 b8 c893 a9 b9 c91 a10 b10 c102 a11 b11 c11123 a12 b12 c12
N de pruebas totales = (N pruebas de la matriz)*(N de rplicas) + Probetas de control
N de pruebas totales = (12 x 3) + 6 = 42
7/24/2019 Tesis en Corrosion Desgaste Word
30/58
2.4PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL
Conclusiones y
Recomendaciones
Habilitacin del Acero AISI4140
Habilitacin de probetas delAcero AISI 4140
Resultados y Discusin
Nitrocarborizacin Gaseosa
Ensayo de Desgaste NormaASTM G 77
Ensayo deMicrodureza Norma
ASTM E18- 92
Ensayo de CorrosinNorma
ASTM B117
Codificacin de probetas
Fig.2.2. Diagrama en bloques del proceso experimental
7/24/2019 Tesis en Corrosion Desgaste Word
31/58
a)Habilitacin del Acero AISI 4140
Se procedi a la obtencin del acero AISI 4140, el cual fue suministrado por
la empresa Aceros del Per SAC, dedicada a brindar servicios de tratamientos
trmicos y termoqumicos.
b)Habilitacin de probetas
Se preparo las probetas para el ensayo de desgaste segn la norma ASTM G77
con las siguientes dimensiones: dimetro exterior de 35 mm, dimetro interior
de 20 mm y espesor 10 mm. (Ver Fig. 2.1)
Se preparo las probetas para el ensayo de Microdureza segn la norma ASTM
A370 para ello se maquinaran probetas de dimetro 24.5 mm y de longitud 30
mm.
Se preparo las probetas para el ensayo de corrosin con las siguientes
dimensiones: dimetro de 24.5mm y 20mm de longitud. (Ver Fig. 2.1).
c)Codificacin de probetas
Se realizo con la finalidad de mantener la aleatorizacin.
d)Nitrocarburizacin Gaseosa
Se realiz empleando como atmsfera gaseosa compuesta por 34% NH3 +
33% C3H8+ 33% N2a una temperatura de 600C durante 3, 6, 9 y 12 horas.
e) Ensayo de corrosin
El ensayo de corrosin se realiz segn la norma ASTM B117, Se emple
una cmara de niebla salina teniendo como medio corrosivo una solucin de
5% NaCl la solucin es atomizada continuamente a una presin de 4 bar y una
temperatura de 35+/-2 C. Las probetas fueron expuestas por un periodo de
7/24/2019 Tesis en Corrosion Desgaste Word
32/58
168 horas, posteriormente la limpieza de productos de corrosin se realiz
segn la norma ISO 8407.
f) Ensayo de desgaste
El ensayo de desgaste se realiz segn la norma ASTM G 77, se emple
probetas en forma de discos, las que son colocadas en el dispositivo de
desgaste la cual consta de un torno horizontal cuya velocidad de gir es de
355 RPM, se articulo un brazo mecnico al torno la cual es portador del
desgastador o pastilla abrasiva, emplendose como material abrasivo una
pastilla de carburo de tungsteno cuya dureza es de 1800Hv con las
dimensiones de 16.2 X 19 X 19 mm.
g)Ensayo de microdureza
Se realiz de acuerdo a la norma ASTM E18-92, se realizaron mediciones de
microdureza desde el borde o capa nitrocarburada hasta el ncleo empleando
el microdurometro buehler con una carga de 50 g-f.
7/24/2019 Tesis en Corrosion Desgaste Word
33/58
III. RESULTADOS
3.1) Ensayo de CorrosinEn la Grafica N 1 se muestra un aument de la velocidad de corrosin del acero
AISI 4140 nitrocarburado a gas a partir de 12 horas comparado con el acero sin
tratamiento (probeta testigo).
Tiempo de nitrocarburizacion (horas)
Velocidaddecorrosion(mdd)
129630
400
300
200
100
0
162.44
203.65
287.36
383.77
432.36
Grafica N 1.Velocidad de Corrosin de un Acero AISI 4140 en funcin del tiempode nitrocarburacin.
En la figura 3.1 se aprecia las probetas de acero AISI 4140 nitrocarburadas a distintos
tiempos y probetas de acero AISI 4140 sin tratamiento despus de ser expuestas en la
cmara de niebla salina por un periodo de 168 horas, se observa sobre la superficie de
las muestras nitrocarburadas por 12 horas picaduras pronunciadas indicando el
rompimiento de la capa nitrocarburada a causa del medio corrosivo.
7/24/2019 Tesis en Corrosion Desgaste Word
34/58
ab
c d
e
Fig. 3.1. Probetas de acero AISI 4140 despus de 168 horas de exposicin en lacmara de niebla salina a) No nitrocarburado, b) nitrocarburado por 3horas, c) nitrocarburado por 6 horas, d) nitrocarburado por 9 horas e)nitrocarburado por 12 horas.
7/24/2019 Tesis en Corrosion Desgaste Word
35/58
3.2) Ensayo de Desgaste
En el siguiente grafico se observa la diferencia significativa del acero AISI 4140 nitrocarburado
y el acero AISI 4140 no nitrocarburado a distintos tiempos de nitrocarburizacin.
Tiempo de ni trocarburizacion (horas)
Perdidadepeso(m
g)
129630
250
200
150
100
50
0
260,93
5,33 43 3,83 4,972,
Grafico N 2Comparacin entre la perdida de peso de un acero AISI 4140 nitrocarburado a
distintos tiempos y un acero AISI 4140 sin tratamiento
7/24/2019 Tesis en Corrosion Desgaste Word
36/58
En el Grafico N 3 se observa un incremento de la perdida de peso a partir de 9 horas de
tratamiento.
Tiempo de nitrocarburizacion (horas)
Perdidadepeso(mg)
12963
6
5
4
3
2
1
0
5,33
2,43
3,83
4,97
Grafico N 3. Prdida de peso del acero AISI 4140 en funcin del tiempo denitrocarburizacin
En la siguiente figura se observa las probetas de acero AISI 4140 nitrocarburadas a
distintos tiempos y probetas de acero AISI 4140 sin tratamiento despus de ser
sometidos a desgaste por un periodo de 120 minutos. Adems se aprecia en las
superficies de las muestras desprendimiento o remocin de parte de la capa
nitrocarburada.
7/24/2019 Tesis en Corrosion Desgaste Word
37/58
Fig. 3.2. Probetas de acero AISI 4140 despus de 120minutos de ser sometidos adesgaste. a) Nitrocarburado por 12 horas, b) Nitrocarburado por 9 horas, c)
Nitrocarburado por 6 horas, d) Nitrocarburado por 3 horas e) noNitrocarburado
a b a
dc
e
7/24/2019 Tesis en Corrosion Desgaste Word
38/58
3.3)Ensayo de Microdureza
Los valores de la dureza y profundidad de capa para distintos tiempos de tratamiento
de nitrocarburizacin a gas se presentan en la siguiente tabla.
Tabla 3.1 Dureza y profundidad de capa obtenidos en probetas de acero SAE
4140 nitrocarburado por distintos tiempos
TiempoNitrocarburizacin
(horas)
Profundidadde capa
endurecida a
400HV( m)
Espesor de capablanca
( m)
Durezasuperficial
(HV)
Durezancleo
(HV)
3 28.6 9.6 490,6 287,7
6 47.4 11.7 550,3 276,7
9 55.7 13.8 520.40 265,2
12 82.3 18.2 510.20 260,2
En el Grafico N 4 se observa el perfil de microdureza para distintos tiempos de
tratamiento de nitrocarburizacin a gas de un acero AISI 4140.
Profundidad de c apa (um)
Dureza(HV)
120010008006004002000
550
500
450
400
350
300
250
Var iab le
_2 * d (u m)_2
_3 * d (u m)_3
* d (um)
_1 * d (u m)_1
dureza(HV)
dureza(HV)
dureza(HV)
dureza(HV)
3 horas6 horas9 horas12 horas
Grafica N 4. Perfil de microdureza de un acero AISI 4140 nitrocarburado adistintos tiempos de tratamiento
7/24/2019 Tesis en Corrosion Desgaste Word
39/58
3.4) MICROESTRUCTURA
Las microestructuras para el acero AISI 4140 fueron obtenidas para distintos tiempos de
nitrocarburizacion a la temperatura de 600C, donde se muestra la capa nitrocarburada
formada por la zona de compuestos o capa blanca y la zona de difusin, notando
adems que a mayor tiempo de tratamiento mayor es el espesor de capa Nitrocarburada
18.2 um
Fig.3.3 Fotomicrografia de una probeta de acero AISI 4140, sometida a nitrocarburizacion
gaseosa durante12 horas a 600 C, 1000X.Nital 4%, Mostrando una capa decompuestos, la zona de difusin y ncleo
13.8 um.
Fig.3.4 Fotomicrografia de una probeta de acero AISI 4140, sometida a nitrocarburizaciondurante 9 horas a 600 C, 1000X.Nital 4%, mostrando una capa de compuestos, la
zona de difusin y ncleo
7/24/2019 Tesis en Corrosion Desgaste Word
40/58
11.7 um.
Fig.3.5 Fotomicrografia de una probeta de acero AISI 4140, sometida anitrocarburizacion durante 6 horas a 600 C, 1000X.Nital 4%, mostrando una capa
de compuestos, la zona de difusin y ncleo
9.6 um.
Fig.3.6 Fotomicrografia de una probeta de acero AISI 4140, sometida a nitrocarburizaciondurante 3 horas a 600 C, 1000X.Nital 4%, mostrando una capa de compuestos, lazona de difusin y ncleo
7/24/2019 Tesis en Corrosion Desgaste Word
41/58
IV) DISCUSIN DE LOS RESULTADOS
4.1) RESISTENCIA A LA CORROSIN
a) Los resultados mostrados en la figura 3.1 la velocidad de corrosin del acero
AISI 4140 disminuye con el tratamiento termoqumico de nitrocarburizacion
existiendo un mejor comportamiento frente a la corrosin para un tiempo de
tratamiento de 3 horas con una velocidad de corrosin de 162.44 mdd
comparado con el acero AISI 4140 sin tratamiento cuya velocidad de corrosin
es de 432.40 mdd , es decir la velocidad de corrosin de un acero AISI 4140
nitrocarburado es 2.66 veces menor que un acero AISI 4140 sin tratamiento.
b) El tiempo de nitrocarburizacion apropiado con mejor resistencia a la corrosin
es de 3 a 6 horas de tratamiento (ver Fig. 3.1).
c) El aumento del tiempo de nitrocarburizacion, origina un aumento de la velocidad
de corrosin producto de la porosidad de la capa nitrocarbonitrurada
difundindose as fcilmente los iones cloruro(Cl-) originado un ataque
localizado.
d) El tipo de ataque corrosivo localizado es por picaduras a causa del medio
corrosivo, heterogeneidad de la superficie, porosidad de la capa nitrocarburada
e) Conforme Karin y Dengel, la porosidad tiene un efecto negativo sobre la
resistencia a la corrosin fatiga de los aceros AISI 4140, 4135 nitrocarburados
en bao de sales debido a la formacin de picaduras y grietas por fatiga. Este
comportamiento puede ser mejorado mediante un tratamiento de oxidacin
posterior a la nitrocarburizacion, ya que los xidos formados por oxidacin
rellenan los poros de la capa de compuestos.
7/24/2019 Tesis en Corrosion Desgaste Word
42/58
f) Segn Corengia y Quintero, para un acero AISI 4140 nitrurado por plasma la
velocidad de corrosin disminuye en comparacin con las muestras no
nitruradas.
4.2) RESISTENCIA AL DESGASTE
a) Los resultados mostrados en la figura 3.3 la prdida de peso del acero AISI
4140 disminuye con el tratamiento termoqumico de nitrocarburizacion,
permitiendo un mejor comportamiento frente al desgaste para un tiempo de
tratamiento de 6 horas con una prdida de peso de 2,43 mg comparado con
el acero AISI 4140 sin tratamiento cuya prdida de peso es 260,93 mg, es
decir la prdida de peso de un acero AISI 4140 nitrocarburado es 113.7
veces menor que un acero AISI 4140 sin tratamiento
b) El tiempo de nitrocarburizacion apropiado con mejor resistencia al
desgaste es de 6 a 9 horas de tratamiento (Ver Fig. 3.2).
c) El aumento del tiempo de nitrocarburizacion de 9 a 12 horas, aumenta la
perdida de peso a causa de la descomposicin de los carbonitruros los cuales
generan porosidad de la capa superficial.
d) La resistencia al desgaste de un acero nitrucarburado es mejorado a causa
de la formacin de carbonitruros de alta dureza.
e) Conforme Sweden y Leppanen, la porosidad de la capa compuestos de
aceros nitrurados a gas disminuye su resistencia al desgaste.
7/24/2019 Tesis en Corrosion Desgaste Word
43/58
4.3) MICRODUREZA Y PROFUNDIDAD DE CAPA
a)
Los resultados obtenidos, su dureza superficial es mejorada por eltratamiento de nitrocarburizacion. a gas del acero AISI 4140 presentando una
mxima dureza superficial de 550.3 HV para un tiempo de
nitrocarburizacion de 6 horas comprado con el acero AISI 4140 sin
tratamiento con un dureza de 320HV. (Ver Tabla N 3.1)
b) En tiempos prolongados de tratamiento entre 9 a 12 horas la dureza
superficial disminuye debido a la descomposicin de los carbonitruros de
fierro. (Ver Grafico N 4).
c) El aumento del tiempo de nitrocarburizacion origina un aumento de la
profundidad de capa , mostrando un mayor profundidad de capa para un
tiempo de 12 horas con 82.3 m y cuyo espesor de capa de compuestos es
de 18.2 m. ( Ver Tabla N 3.1)
d) Segn Santos E, para tiempos prolongados de tratamiento de nitruracin a
gas los nitruros -Fe2-3N,-Fe4N se descomponen diminuyendo su dureza.
4.4) MICROESTRUCTURA
a) Segn la fotomicrografias mencionadas anteriormente se muestra la
microestructura tpica de un acero nitrocarburado gas mostrando la capa de
compuestos y la zona de difusin.(Ver Pg. 32)
b) Conforme Malinova y Pantev , la capa de compuestos de un acero
nitrocarburado a gas esta formado por carbonitruros -Fe2(N,C)1- Z ,
-Fe4(N,C)1- X los cualesproporcionan al acero una buena resistencia a la
corrosin , desgaste y fatiga.
c) Segn Contijo y Machado, las condiciones de enfriamiento influyen sobre la
microesctructura de la capa de compuestos de aceros carbonitrurados a gas.
7/24/2019 Tesis en Corrosion Desgaste Word
44/58
V. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
5.1) Conclusiones
Se ha logrado demostrar que mediante el tratamiento termoqumico de
nitrocarburizacion gaseosa se mejora la resistencia a la corrosin y desgaste
del Acero AISI 4140 debido a que disminuye la velocidad de corrosin y la
prdida de peso de las muestras nitrocarburadas.
Se demostr que para tiempos prolongados de tratamientos de
nitrocarburizacion entre 9 a 12 horas es perjudicial debido a la
descomposicin de los carbonitruros y la formacin de capas porosas
causando un aumento de la velocidad de corrosin, la prdida de peso y
disminuyendo la dureza del acero AISI 4140.
Se ha determinado que el tiempo de tratamiento con mejor resistencia a la
corrosin es de 3 a 6 horas.
Se ha determinado que el tiempo de tratamiento con mejor resistencia al
desgaste es de 6 a 9 horas.
5.2) Recomendaciones
Realizar trabajos de investigacin para el acero AISI 4140, 4340, evaluando
propiedades como fatiga, resistencia a la traccin, con el fin de aportar un
mayor conocimiento en el campo de los tratamientos termoqumicos.
Evaluar el tratamiento de Nitrocarburizacin en distintos aceros para
herramientas y Aceros Inoxidables.
Realizar un tratamiento de oxidacin posterior a la nitrocarburizacion a gas
para ver su efecto sobre la corrosin y fatiga del acero AISI 4140.
7/24/2019 Tesis en Corrosion Desgaste Word
45/58
VI. REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS
[1] Smith E. (1985)Manual del Ingeniero Mecnico, 2da. Edicin Editorial
Hispanoamrica.
[2] Apriz, B. (1981) Tratamientos Trmicos de Aceros 8va Edicin.
[3] Aceros Del Per Manual De Aceros Especiales Lima. Per, (2002)
[4] Karim M. y Dengel D. (1998) Corrosin fatige in nitrocorburized steels, Journal
of coating surface.
[5] Malinova T. y Pantev N. (2001)Simulacin of microhardnees profiles for
nitrocarburized surface layers by artificial neural network Journal surface and
coatings technology.
[6] Corengia P. y Quintero M. (2002) Comportamiento frente a la Corrosin de
aceros nitrurados por plasma, Revista tratamientos de superficies, Vol, 8 N 2.
[7] Santos E. (2003)Simulacin Termodinmica de Procesos de Nitruracin,
Nitrocarburizacin, carbonitruracin gaseosa, Tesis de maestra en Ingeniera, Porto
Alegre-Brazil.
[8] Contijo L. y Machado R. (2003). Effect of cooleng conditions on plasma
carbonitrided iron surfaces, Journal of valcuum Science and Technology.
[9] Vega A. (2004) Influencia del tiempo de nitruracin por gases de 5,10 y 15
horas, aplicadas a probetas de Acero SAE 4340, 4140 y 1045, con una y dos etapas de
nitruracin, sobre la dureza superficial, profundidad de endurecimiento y
ablandamiento del ncleo, Tesis para optar Ttulo de Ingeniera de Materiales
Universidad Nacional de Trujillo.
[10] Bullens, D. (1938). Steel and Heat Treatment Vol 1 Jhon Willey & Sons Inc.
[11] Knerr, H. and Rosa, T (1995). Gas Nitriding. Alloy Hard Surfacing Inc.
[12] Cabo, A. (1982). Tecnologa de Tratamientos Trmicos. Buenos Aires-Argentina,
[13] Sweden A. y Leppanen J. (2001) Journal of science an technology.
[14] Bullens, D. (1938). Steel and Heat Treatment Vol 1. Jhon Willey & Sons Inc..
[15] Shewmon,, P. (1970) Metallurgical Thermodynamics, in Physical Metallurgy
2 edicin. Amstrdam.
[16] Somers, M and Mittemeijer, E. (1992) Harterrei Techn Mitt.
[17] Lehern, E. (1980). Elektrochemic. Berlin.
7/24/2019 Tesis en Corrosion Desgaste Word
46/58
[18] Nuez, S. Andreone P. (1994). Aceros . Buenos Aires, Argentina.
[19] Smith W. (2004). Ciencia e Ingeniera de los Materiales. 3ra. Edicin. Editorial
Mc. Graw Hill Interamerica.
[20] Hansen, M and Anderko. (1958). Cosntitution of Binary Alloys, McGraw-Hill
New York.
[21] Grosch J. (1991). Heat Teatment with Gaseous Atmosfere, Hand book. Vol. 4;
[22] Rabinowicz E. (1966). Friction and Wear of Materials, John Wiley ans Sons.
[23] Kragelskii I V. (1965). Friction and Wear, Butterwoths.
[24] Alison P. J, Stround M. F. Y Willman H. Lubrication and wear third convention.
Proc inst Mech Engrs (London)
[25] Sarkas A. (1990). Desgaste de Metales, Primera Edicin, Editorial LimusaS.A.;
[26] Borden Pytabor D. (1964). The ficcin on lubrication of solids. Editorial Mc
Graw Hill.
[27] Otero E. (1997). Corrosin y Degradacin de Materiales 2da Editorial Sntesis.
[28] Fontana M. (1978). Corrosin Engineering Primera Edicin. Editorial
Mc.Graw Hill.
[29] Ulick, R. Evans. (1987). Corrosiones Metlicas. Editorial Reverte S.A.,Barcelona.
[30] Gonzles J. Control de la Corrosin: Estudio y Medida por tcnicas
Electroqumicas, Consejo Superior de Investigacin Cientfica, CENIM, Editorial
GRAFIPREN S.A., Madrid.
[31] Wilson Walton. (1997). Internacional de Venezuela Corrosin y proteccin
Catdica. Centro de Capacitacin , investigacin y desarrollo PETROPER.
[32] Morcillo M. y Feliu S. (1984). Teora y Prctica de la Lucha contra lacorrosin. editorial C.S.I.C, .Madrid.
7/24/2019 Tesis en Corrosion Desgaste Word
47/58
APNDICE
7/24/2019 Tesis en Corrosion Desgaste Word
48/58
I. ENSAYO DE CORROSIN ACELERADA
Tabla 1.1 Resultados del ensayo de Corrosin de un acero AISI 4140 nitroca
tiempos expuestos en una cmara de niebla salina por un periodo de
Tiempo
(horas)Muestra
Peso
Inicial (g)
Peso
Final (g)
Prdida de
Peso (g)
Area
(mm2)
C1 50.6600 50.3216 0.3384 1104.586
C2 49.8103 49.4777 0.3326 1093.7490
C3 50.2352 49.8997 0.3355 1104.586
C4 50.1559 50.0288 0.1271 1105.689
C5 50.5338 50.4076 0.1262 1122.5123
C6 50.3602 50.234 0.1262 1105.991
C7 49.4105 49.2550 0.1515 1186.843
C8 50.0826 49.9228 0.1598 1110.5556
C9 50.0566 49.8996 0.1570 1090.936
C10 50.5268 50.3015 0.2253 1122.512
C11 50.2245 49.9976 0.2269 1122.1929
C12 50.2721 50.0475 0.2246 1122.192
C13 50.7802 50.4780 0.3022 1133.841
C14 49.9981 49.7040 0.2941 1097.67412
C15 50.2625 49.9610 0.3015 1122.192
7/24/2019 Tesis en Corrosion Desgaste Word
49/58
II. ENSAYO DE DESGASTE
Tabla II.1 Resultados del ensayo de desgaste, Mostrando la prdida de peso perdido a desgaste durante 120 minutos de un acero AISI 4140 nitrocarburado por
Tiempo
(horas)Muestra
Peso
Inicial (g)
Peso
Final (g)
Prdida de
Peso (g)
d1 49,8113 49,5399 0,2714
d2 49,6734 49,4123 0,26110
d3 49,7523 49,5020 0,2503
d4 50,2312 50,2257 0,0055
d5 49,6973 49,6922 0,00513
d6 49,9642 49,9588 0,0054
d7 49,9575 49,9550 0,0025
d8 49,3668 49,3645 0,00236
d9 49,6622 49,6597 0,0024
d10 50,3306 50,3269 0,0037
d11 50,166 50,1622 0,00389
d12 50,2483 50,2443 0,0040
d13 50,166 50,1612 0,0048
d14 50,3306 50,3257 0,004912
d15 50,2482 50,2430 0,0052
7/24/2019 Tesis en Corrosion Desgaste Word
50/58
III. ENSAYO DE MICRODUREZA
Tabla II.1 Resultados del ensayo de microdureza de un acero AISI 4140 nitrocarburado por
Tiempo de nitrocarburizacion
3 horas 6 horas 9 horas
Distancia (m) Dureza(HV) Distancia(m) Dureza(HV) Distancia (m) Dureza(HV) Dis
0,00 490,60 0,00 550,30 0,00 520,40
12,50 469,80 14,20 530,10 25,30 525,40
19,30 437,90 22,40 468,80 31,40 480,80
28,20 396,20 36,80 420,30 48,60 425,90
67,80 371,20 50,60 383,50 55,70 400,10
117,80 354,70 75,30 371,60 97,10 384,90
144,60 350,90 91,50 358,20 135,20 359,20
172,50 345,70 100,30 349,30 175,40 341,90
199,90 340,60 129,30 335,70 209,70 324,50
258,10 327,80 169,10 319,90 274,50 312,20
329,50 317,40 228,80 302,10 328,60 290,20
430,90 304,30 363,30 294,10 412,50 284,60
792,10 299,40 599,10 289,30 646,20 278,40 909,10 297,10 845,80 283,10 759,30 270,30
1063,10 293,10 972,40 281,50 875,20 269,10
1201,40 287,70 1086,90 276,70 1000,40 265,20
7/24/2019 Tesis en Corrosion Desgaste Word
51/58
ANEXOS
7/24/2019 Tesis en Corrosion Desgaste Word
52/58
ANEXO I. Anlisis estadstico de resultados
Para el anlisis estadstico de los resultados se empleo el software estadstico
MINITAB14 con lo cual se clculo del anlisis de varianza.
1.1) Velocidad de corrosion
Tabla 1.1 Anlisis de varianza para la velocidad de corrosin
Fuente de
variacin
Grados de
libertad
Suma de
cuadrados
Media de
cuadradosFexp. Fteor.
Tiempo 4 157365.0 39341.3 12177.43 3.48
Error 10 32.3 3.2Total 14 157397.3
Segn los resultados obtenidos del anlisis de varianza de la velocidad de corrosin
F(0.05;4;14) = 3.48
7/24/2019 Tesis en Corrosion Desgaste Word
53/58
1.3) Dureza superficial
Tabla 1.2 Anlisis de varianza para la dureza superficial
Fuente de
variacin
Grados de
libertad
Suma de
cuadrados
Media de
cuadradosFexp. Fteor.
Tiempo 4 81974 20493 32.37 3.48
Error 10 6330 633
Total 14 88304
Segn los resultados obtenidos del anlisis de varianza F(0.05;4;14) = 3.48
7/24/2019 Tesis en Corrosion Desgaste Word
54/58
ANEXO II : Normas
Norma ISO 8407
PROCEDIMIENTO PARA LA ELIMINACIN DE LOS PRODUCTOS DECORROSIN DE PROBETAS DE ENSAYO
Resumen
Este norma Internacional especifica los procedimientos para la eliminacin de
los productos de corrosin formados sobre probetas de ensayo a la corrosin de
metales y aleaciones, durante su exposicin en ambientes corrosivos Los procedimientos especificados estn diseados para remover los productos de
corrosin sin remocin significativa del metal base. Esto permite una
determinacin exacta de la prdida de masa del metal o aleacin, ocurrida
durante su exposicin al ambiente corrosivo.
Estos procedimientos, en algunos casos, pueden aplicarse a recubrimientos
metlicos. Sin embargo, debe considerarse posibles efectos del substrato.
Los procedimientos para remover productos de corrosin pueden dividirse entres categoras generales: qumico, electroltico y mecnico
Un procedimiento ideal debe remover solo los productos de corrosin y sin
ninguna cantidad del metal base. Para determinar la prdida de masa del metal
base cuando se remueven los productos de corrosin, debe limpiarse una probeta
de control no corroda, por el mismo procedimiento usado con las probetas de
ensayo. Pesando la probeta de control antes y despus de la limpieza (se sugiere
pesar a la quinta cifra significativa), la prdida de metal resultante de la limpiezapuede utilizarse para corregir la prdida de masa por corrosin
7/24/2019 Tesis en Corrosion Desgaste Word
55/58
Tabla Nl. Procedimientos qumicos de limpieza para remover productos
de corrosin
Solucin Qumica Tiempo
minutos
Temperatura
C
ObservacionesMaterial
Hierroy
Aceros
500 ml. cido clorhdrico(HCI. P = 1. 19g/cm3)
3.5 g. Hexametilentetraamina
10 20-25Mayor tiempo puede serRequerido en varios usos
100 ml. cido Ntrico(HNO3)
Agua destilada hasta 100020 60
150 g. Citrato Di-amonio(N H4) H C6H5O7
Agua destilada hasta 100010-60 70
100 g. cido ctrico (C6H8O7)50 ml. cido sulfrico(H2SO4, p = 1 . 84 g/cm
3)2 g. de inhibidor:
diortotoliftiorea oquinolina etiliodada o
- naftolqunolinaAgua destilada hasta 1000
5 60
200 g. Hidrxido de SodioNaOH (pellets)
30 g. Permanganato de
Potasio (KMnO4)150 g. Ctrato Di-amonio(N H4) H C6H5O7
Agua destilada a1000 ml.
5 Ebullicin
100 ml. cido Ntrico(HNO3, p= 1,42 g/ml.)
20 ml. cido Fluorhdrico(HF, p = 0 . 987 g/ml.)A ua destilada hasta 1000
5-20 20-25
AcerosInoxidables
200 g. Hidrxido de SodioNaOH (pelles) 50 g. polvo
de Zinc.
Agua destilada hasta 1000
El zinc en polvo se puedequemar
150 mi. Hidrxido deAmonio (NH4OH, p = 0. 9
g/ml.)
Zincy 5 20-2 5
Aleaciones
50 g. Trixido de Cromo C rO3
10 g. Nitrato de PlataAgua destilada hasta 1000
ml.15-20
El nitrato de plata podra serdiluido en agua y luegoaadirlo al cido crmico enebullicin para prevenirexcesiva cristalizacin decromato de plata. El cidocrmico debe ser libre de
Ebullicin
7/24/2019 Tesis en Corrosion Desgaste Word
56/58
NORMA ASTM B117: Ensayo de corrosin acelerada en cmara de niebla salina
El ensayo de cmara de niebla salina es una prueba de corrosin acelerada queproduce un ataque corrosivo a las muestras revestidas para predecir su comportamiento
frente a la corrosin. Es un ensayo para evaluar recubrimientos orgnicos e inorgnicos
particularmente donde tales pruebas se utilizan para las especificaciones del material o
de producto. La duracin de la prueba puede extenderse a partir del 8 sobre a 3000
horas, dependiendo del producto.
El aspecto de los productos de la corrosin se evala despus de un perodo del tiempo.
La duracin de la prueba depende de la resistencia a la corrosin de la capa; cuanto ms
resistente a la corrosin la capa es, ms largo es el perodo de exposicin, dependiendo
del producto. Una solucin del cloruro de sodio del 5% con un pH de 6.5 a 7.2 se
utiliza. La temperatura del compartimiento de la niebla salina es 35 +/- 2 dentro de la
zona de la exposicin del compartimiento cerrado.
La prueba de niebla salina es ampliamente utilizada en el sector industrial para la
evaluacin de la resistencia a la corrosin de superficies o de piezas.
Una modificacin del ensayo de corrosin acelerada es mediante la norma ASTM B
368 se utiliza sobre todo para la industria galvanoplastica (anodizado, cromado), acero
y del zinc. La duracin de esta prueba se extiende a partir del 6 a 720 horas. Una
solucin del cloruro de sodio del 5% se utiliza, la solucin se encuentra PH de 3.1 a 3.3
7/24/2019 Tesis en Corrosion Desgaste Word
57/58
ANEXO III: FOTOS
FOTO.O1Microscopio Metalografico Neophot-21 FOTO.02 Microdurometro Buehler
FOTO.03 Cmara de niebla salina Liebisch FOTO.04 Exposicin de probetas en elinterior de la cmara de nieblasalina
7/24/2019 Tesis en Corrosion Desgaste Word
58/58
FOTO.06flujometro de control degases (0 100m3/hora)
FOTO.08 Balanza Electrnica digitalSartorios Capacidad: 210g,Exactitud: 0.1mg
FOTO.05Horno elctrico de lecho fluidizado Procedyne temperatura (0-800C)
FOTO.07 Equipo de desgaste conformado TornoHorizontal y brazo mecnico portadordel desgastador carburo de wolframio
Recommended