Recubrimientos de carburos ternarios depositados con la técnica TRD

En esta investigación se depositaron en primera instancia carburos de binarios de niobio (NbC), de vanadio (V8C7) y de Cromo (Cr23C6, Cr7C3) sobre dos aceros para herramientas: AISI D2 y AISI H13, utilizando el proceso de deposición por difusión termorreactiva (TRD). El tratamiento fue realizado en baños de sales compuestos por bórax fundido, aluminio y las respectivas ferroaleaciones (Fe-Nb, Fe-V y Fe-Cr) respectivamente. Luego se realizaron tratamientos TRD sobre los mismos aceros, pero esta vez combinado dos ferroaleaciones para obtener carburos ternarios de Nb-V, Cr-Nb y Cr-V o combinaciones binarias de carburos y estudiar el desempeño tribológico y electroquímico de dichos sistemas. Los tratamientos fueron realizados inicialmente trabajando a 950, 1020 y 1090ᵒC durante 2, 3, 4 y 5 horas con el objetivo de obtener información acerca de la cinética de crecimiento de los diferentes carburos. Como los carburos presentaron buenos espesores y gran uniformidad a una temperatura de 1020 °C durante 4 horas esos fueron los parámetros tenidos en cuenta para realizar los estudios de caracterización. Para medir el espesor y caracterizar la morfología de los recubrimientos se utilizó microscopia electrónica de barrido (SEM). Las fases presentes, el tamaño del cristalito y las microdeformaciones fueron determinadas a través de la difracción de rayos X (XRD), la fluorescencia de rayos X (XRF) permitió conocer la composición química elemental y para conocer el estado de oxidación y confirmar la presencia de carburos y óxidos en los recubrimientos se utilizó la espectroscopia de fotoelectrones de rayos X (XPS). Se midió la dureza por medio de la nanoindentación y las propiedades tribologícas fueron estudiadas a través de la pruebas de rayado (scratch) y Pin-on-disk. La resistencia a la corrosión de los carburos obtenidos fue medida a través de curvas de polarización potenciodinámica (velocidad de corrosión) y por espectroscopia de impedancia electroquímica (EIS) (resistencia a la corrosión). Todos los recubrimientos obtenidos confirmaron la presencia de carburos de los metales usados y presentaron buena regularidad en el espesor, altas durezas, buena resistencia al desgaste y exhiben un mejor comportamiento electroquímico que los aceros sin recubrimiento.Abstract: Carbides layers of Niobium (NbC), vanadium (V8C7) and Chromium (Cr23C6, Cr7C3) were produced on AISI D2 and H13 steels by thermo-reactive treatments (TRD). The bath contains aluminum, borax and the corresponding ferroalloys (ferroniobium, ferrovanadium or ferrochromium). Then TRD treatments were performed on the same steels, but this time, two ferroalloys were add to the salt bath in order to produce ternary carbides of Nb-V, Cr-Nb and Cr-V or mixtures of binary carbides. A study of the electrochemical and tribological performance of these systems was done. The treatments were performed initially using three temperatures: 950, 1020 and four times:1090 ᵒ C for 2, 3, 4 and 5 hours with the purpose of obtaining information about the kinetics of growth of the different carbides. For the rest of the investigation, coatings prepared at 1020 ° C for 4 hours, were studied. For the thickness and morphology of the coatings, was used scanning electron microscopy (SEM), the phases present, the crystallite size and the micro-strain, were determined by x-ray diffraction (XRD), x-ray fluorescence (XRF) were use to get elemental chemical composition, to determine the oxidation state and confirm the presence of carbides and oxides in the coatings was used photoelectron spectroscopy x-ray (XPS), the hardness was measured by the nanoindentation and tribological properties were studied through scratch tests (scratch) and Pin-on-disk. The corrosion resistance of the carbides obtained was measured by potentiodynamic polarization curves (corrosion rate) and electrochemical impedance spectroscopy (EIS) (corrosion resistance). All coatings obtained confirmed the presence of carbides of the metals used, good regularity in the thickness, high hardness, good wear resistance and exhibit a better electrochemical behavior than uncoated steels.Doctorad

Microstructure evolution duringhigh temperatureaging of a 35Ni-25Cr-Nb alloy

La microestructura dendrítica de la aleación 35Ni-25Cr-Nb, en su condición as-cast, está constituida por unamatriz austenítica y carburos eutécticos primarios de dos tipos: MC ricos en Nb y M23C6 ricos en Cr presentesen bordes interdendríticos y bordes de grano. Durante el envejecimiento a 800ºC y diferentes tiempos, enla matriz precipitan carburos secundarios del tipo M23C6, mientras que los carburos del tipo MC, transformaríanal siliciuro conocido como fase G (Ni16Nb6Si7). Se caracterizó la microestructura de la aleación mediantemicroscopía óptica, microscopía electrónica de barrido (SEM) con mapeo, difracción de electrones retrodispersados(EBSD) y ensayos de dilatometría, con el objeto de detectar la presencia de esta fase indeseable yanalizar las condiciones bajo las cuales se presenta. Se encontró Si en bordes de carburos primarios de Nb.Esto podría estar señalando que, la transformación de este carburo hacia el siliciuro rico en Ni y Nb, se encuentraen una etapa incipiente. Aparentemente, la transformación podría estar realizándose desde afuerahacia adentro del carburo de Nb. Además, la contracción observada en la curva de dilatometría, estaría asociadaa la diferencia entre coeficientes de dilatación térmica entre la matriz y los carburos eutécticos primariosy no a la transformación del carburo M7C3 hacia el tipo M23C6.The dendritic-type microstructure of the 35Ni-25Cr-Nballoy, in the as-cast condition, consists of anaustenit-ic matrix and two types of eutectic primary carbides; Nb-rich MC type and Cr-rich M23C6type both presents in interdendritic edges and grain boundaries. During aging at 800ºC for different times, M23C6type secondary carbides precipitate in the matrix while MC carbides would transform to a Ni-Nb silicide, known asG phase (Ni16Nb6Si7). The microstructure was characterized by optical microscopy, scanning electron microscopy (SEM) with mapping, electron backscatter diffraction (EBSD) and dilatometry, in order to detect the pres-ence of this undesirable phase and analyze the conditions under which it is presented.Siliconwas found on edges of primary Nb-rich carbides. This could be indicating that the transformation of this carbide towards silicide rich in Ni and Nb, is in an incipient stage. Apparently, the transformation could be taking place from the outside to the inside of the Nb carbide. In addition, the contraction observed in the dilatometry curve would be associated to the difference on thethermal expansion coefficients between the matrix and the pri-mary eutectic carbides and not to the transformation of the M7C3-typecarbide to the M23C6-type.Fil: Sosa Lissarrague, Matías Humberto. Universidad Nacional del Sur. Departamento de Ingeniería; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Bahía Blanca; ArgentinaFil: Prado, Fernando Daniel. Universidad Nacional del Sur. Departamento de Física; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Bahía Blanca; ArgentinaFil: Picasso, Alberto Carlos. Universidad Nacional del Sur. Departamento de Ingeniería; Argentina. Provincia de Buenos Aires. Gobernación. Comisión de Investigaciones Científicas; ArgentinaFil: Limandri, Silvina Paola. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Matemática, Astronomía y Física; Argentin

Recubrimientos de carburos de Nb-V-Cr depositados mediante el proceso de difusión termorreactiva (TRD)

This paper shows the results obtained from the coating deposit process of vanadium-niobium-chromium carbide on steel AISI/SAE 1045 and AISI/SAE H13 using the thermo-reactive deposition/diffusion process (TRD). The coatings were obtained using a bath of molten salts composed of borax, ferro-niobium, ferro-vanadium and ferro-chrome aluminum, with variations in the content of chromium, at a temperature of 1020 ° C for 4 hours. The presence of binary phases VC, NbC, CrC was evident by the technique of X-ray diffraction. Morphological and surface chemical properties of the coatings were studied by the scanning electron microscopy technique (SEM-EDS). The hardness of the coatings was determined using a LECO microindentador M-400-G2 with a maximum load of 300g. The electrochemical behavior was studied using potentiodynamic polarization curves to determine the corrosion current density. The tribological behavior was analyzed by the “Ball-on-disc” test, finding a lower friction coefficient in coated materials with respect to the uncoated substrate.En este trabajo se presentan los resultados del proceso de depósito de recubrimientos de carburos de niobio-vanadio-cromo sobre acero AISI/SAE 1045 y AISI/SAE H13, utilizando la técnica de deposición por difusión termorreactiva (TRD). Los recubrimientos fueron obtenidos usando un baño de sales compuesto por bórax fundido, ferro-niobio, ferro-vanadio, ferro-cromo y aluminio, variando el contenido de cromo (8 y 32 % en peso), a una temperatura de 1.020 °C durante 4 horas. Mediante la técnica de Difracción de Rayos X se evidenció la presencia de fases binarias de VC, NbC, CrC. Las propiedades químicas superficiales y morfológicas de los recubrimientos se estudiaron mediante la técnica de microscopia electrónica de barrido con acople de una sonda de energía dispersiva (MEB-EDS). La dureza de los recubrimientos se determinó utilizando un microindentador LECO M-400-G2 con una carga máxima de 300 g. El comportamiento electroquímico fue estudiado a través de curvas de polarización potencio-dinámicas para determinar la densidad de corriente de corrosión. El comportamiento tribológico se analizó mediante el ensayo “Ball-on-disc”, encontrando un coeficiente de fricción menor en los materiales recubiertos con respecto al sustrato sin recubrir

Influencia del Nb y Mo en la resistencia al desgaste abrasivo según la norma ASTM g65 en fundiciones de hierro blanco.

Siendo las fundiciones blancas materiales empleados en aplicaciones en las cuales la resistencia al desgaste debe ser su principal característica, es por esta razón que se buscan nuevas aleaciones que modifiquen esta propiedad, en este orden de ideas, la adición de elementos como el Mo y el Nb son una tecnología relativamente reciente que ha demostrado sus ventajas. Varias referencias muestran combinaciones de estos elementos en proporciones de Nb menores al 0.5% y de Mo mayores al 3%, sin embargo, otros autores hablan de Nb 2% y Mn 1.3%, en este trabajo se fabricó una aleación con 2.5% C, y Nb, Mo cercanos al 1%. Para conseguir este objetivo se realizó una fundición blanca en tres etapas: balance de carga, simulación de proceso en ProCast y la fabricación del material. En cuanto a la caracterización microestructural se desarrolló mediante las técnicas de microscopia óptica convencional, SEM, DRX y la resistencia al desgaste abrasivo y al desgaste por deslizamiento, se evaluó mediante los ensayos Block- on –Ring según norma G77 y Dry sand/ rubber Wheel según norma G65. Una vez realizado los ensayos y las pruebas se pudo observar un aumento en la dureza y en los valores de microdurezas de la matriz la cual proporciona un mejor soporte a los carburos que actúan frente a la remoción del material y de incrustaciones de partículas abrasivas. Este comportamiento se ve reflejado en una disminución de la pérdida de masa lo que es indicativo de un incremento de la resistencia al desgaste, efecto causado por la presencia de Nb y Mo. En los análisis se observa principalmente un comportamiento frágil por el desgarramiento y evidencia de flujo plástico causante de la menor pérdida de volumen que puede llegar a ser hasta del 15%.Universidad Libre – Facultad de Ciencias de la Educación – Programa Educación Física, Recreación y deporte

Simultaneous obtention of multicomponent ferroalloy and slag from black sands for the development of electrical arc welding consumables

10 páginas, 3 figuras, 8 tablas.[ES] En este trabajo se expone una caracterización química y mineralógica de las arenas negras del placer Mejías de Sagua de Tánamo, el más importante placer litoral de playa del noroeste de Cuba Oriental. A partir de estas caracterizaciones se desarrolla una estrategia de cálculo para la confección de la carga metalúrgica, que permite obtener, simultáneamente, al ser procesada por reducción carbotérmica en un homo de arco eléctrico, una ferroaleación multicomponente y una escoria útil para la confección de consumibles de soldadura por arco eléctrico. El polvo de la escoria obtenida se aglomera con vidrio líquido. Los pelets resultantes y su comportamiento en la soldadura automática por arco sumergido (SAW), presentan propiedades metalúrgicas y tecnológicas que satisfacen los requisitos de una matriz de un fundente aglomerado. La composición química de la ferroaleación multicomponente está constituida por elementos metálicos: vanadio, cromo, molibdeno, titanio y niobio (V, Cr, Mo, Ti y Nb) de alto valor metalúrgico y aleante, apropiada para la formulación de cargas aleantes de consumibles tanto para la soldadura manual (SMAW) como para la SAW.[EN] In this paper, chemical and mineralogical characterizations of the black sands of the Mejias placer of Sagua de Tánamo (the most important beach littoral placer of the northwest of oriental Cuba) are exposed. Starting from these characterizations a calculation strategy is developed for the making of the metallurgical load that allows to obtain simultaneously, when processed by carbothermic reduction in an electrical arc furnace, a multicomponent ferroalloy and a useful slag for the making of electric arch welding consumables. The powder of the obtained slag is agglomerated with liquid glass. The resulting pellets, due to their behavior on the submerged arc welding (SAW) present technological and metallurgical properties that correspond with the requirements of an agglomerated flux matrix. The chemical composition of the multicomponent ferroalloy is constituted by metallic elements of high metallurgical and alloyed values (V, Cr, Mo, Ti, Nb). It is appropriate for the formulation of consumables for manual welding (SMAW) and SAW, as well.Peer reviewe

Small-scale testing of micromechanical response of cemented carbides

Tesi per compendi de publicacions, amb diferents seccions retallades per drets de l'editorCemented carbides are composite materials widely used in different industry fields within applications involving wear, due to their outstanding wear resistance. The most commonly used are WC-Co grades, for Co wettability with the carbide and adhesion characteristics. Emergence of new applications, the existence of advanced characterization techniques, economic and environmental aspects, among others, encourages the development of a new cemented carbides generation containing other binding phases as Ni and Fe or alloys of them. Furthermore, Co powder has been classified as very toxic for the human health and the combination carbide-cobalt hardmetals dust has shown to be even more toxic than both pure cobalt and tungsten. The success of substitution of the main constituents of cemented carbides, have been commonly measured in terms of their final mechanical properties at macroscale such as hardness, toughness and transverse rupture strength; and structural integrity under service-like conditions, such as corrosion resistance, thermal shock and fatigue resistance. In this sense, general framework of microstructural effects – carbide mean grain size, volume fraction and chemical nature of constitutive phases - on the mechanical response of cemented carbides is well established at the macroscale. However, assessment of the individual role of the binder and carbide phases at local scale i.e. microscale, is yet to be studied in depth. Within micromechanical testing, special attention has being paid to the micropillar compression approach because its advantages: the stress-state is nominally uniaxial, allowing a straight conversion of the measured load-displacement data into flow curves; sample preparation by means of Focused Ion Beam (FIB) milling is a relatively easy machining route; it involves the use of a conventional nanoindenter with a flat-end tip; and, it can be performed ex-situ or in-situ by using Scanning Electron Microscopy (SEM) or Transmission Electron Microscopy (TEM) techniques. However, attention have to be paid to sample sizes since it has been well established that intrinsic properties of crystalline materials such as yield stress and strength, can be greatly influenced by extrinsic factors such as volume. For instance, results have evidenced an inverse relation between hardness and the indentation depth at the micro- and nanometric length scales. Regarding cemented carbides, recent studies showed that changes in volume fraction of binder and carbides in samples can lead to wide scatter in results of Young’s modulus measured at the microscale. Following the above ideas, in this PhD thesis uniaxial compression of micropillars and nanoindentation have been selected to evaluate the role of binder and carbides regarding their chemical nature and microstructural dimensions, i.e. carbide mean grain size and binder mean free path, in the mechanical properties and response of cemented carbides at local scales. This thesis is presented by a compendium of scientific publications in which several specific objectives are studied individually. In the first and second publications the sample size and the volume fraction of constitutive phases within the micropillar are studied respectively. Results allowed to overcome the size effect issue – usually found when testing in the micro or nanometer regime – by selecting an appropriate sample size, to accomplish reliability on the mechanical properties evaluated at local length scales. Third and fourth publications are devoted to investigating the mechanical properties of cemented carbides with partial or total substitution of WC or Co as main constitutive phases based on their intrinsic mechanical properties and behavior. Outcomes evidence that small scale testing of complex composite materials such as cemented carbides by means of uniaxial compression of micropillars and nanoindentation, allows to evaluate the role of each constitutive phase on their mechanical behavior.Los carburos cementados son materiales compuestos ampliamente utilizados en diferentes campos de la industria dentro de aplicaciones que implican desgaste, debido a su excelente resistencia al mismo. Los más utilizados son los grados WC-Co, debido a la buena mojabilidad del Co con el carburo. La aparición de nuevas aplicaciones, la existencia de técnicas avanzadas de caracterización, y aspectos económicos y ambientales, fomenta el desarrollo de una nueva generación de carburos cementados que contiene otras fases ligantes como Ni y Fe o sus aleaciones. Además, el polvo de Co ha sido clasificado como muy tóxico para la salud humana y la combinación de polvo de metal duro de carburo y cobalto ha demostrado ser aún más tóxico que el cobalto y el tungsteno puros. El éxito en la sustitución del Co y WC en carburos cementados es medido comúnmente en términos de sus propiedades mecánicas finales a escala macro, como dureza, tenacidad y resistencia; y de su integridad estructural en condiciones de servicio, como resistencia a la corrosión, choque térmico y resistencia a fatiga. En este sentido, los efectos microestructurales (tamaño medio de WC, fracción de volumen y naturaleza química de las fases constitutivas) sobre la respuesta mecánica de estos materiales están bien establecidos a macroescala. Sin embargo, el papel individual cada fase a escala local, es decir, microescala, aún no se ha estudiado en profundidad. Dentro de los ensayos micromecánicos, se ha prestado especial atención a la compresión de micropilares debido a sus ventajas: estado de tensión nominalmente uniaxial, permitiendo la conversión directa de los datos medidos de desplazamiento y carga en curvas de flujo; la preparación de la muestra mediante fresado con haz de iones focalizados (FIB) es una ruta de mecanizado relativamente fácil; implica el uso de un nanoindentador convencional con punta plana; y, puede realizarse ex situ o in situ utilizando técnicas de microscopía electrónica de barrido (SEM) o microscopía electrónica de transmisión (TEM). Sin embargo, se debe prestar atención a los tamaños de muestra, ya que las propiedades intrínsecas de los materiales cristalinos, como el límite elástico y la resistencia, pueden verse muy influidas por factores extrínsecos como el volumen. Por ejemplo, resultados han evidenciado una relación inversa entre la dureza y la profundidad de indentación en las escalas de longitud micro y nanométrica. Con respecto a los carburos cementados, estudios recientes mostraron que cambios en la fracción de volume de ligante y carburos conducen a una amplia dispersión en los resultados del módulo de Young medido a microescala. Siguiendo las ideas anteriores, en esta tesis doctoral se ha seleccionado la compresión uniaxial de micropilares y nanoindentación para evaluar el papel del ligante y los carburos con respecto a su naturaleza química y dimensiones microestructurales, es decir, el tamaño medio del grano de carburo y el camino libre medio del ligante, en las propiedades y respuesta mecánica de carburos cementados a escalas locales. Esta tesis es presentada por un compendio de publicaciones científicas en los que varios objetivos específicos se estudian individualmente. En la primera y segunda publicación se estudia el efecto del diámetro del micropilar y la fracción volumétrica de las fases constitutivas dentro del mismo para superar el problema del efecto del tamaño de la muestra, seleccionando un tamaño apropiado para lograr confiabilidad en las propiedades mecánicas evaluadas localmente. Las publicaciones tercera y cuarta se dedican a investigar las propiedades mecánicas de los carburos cementados con sustitución parcial o total de WC o Co, en función del comportamiento mecánico intrínseco de las fases constitutivas. Los resultados demuestran que las pruebas a pequeña escala de materiales compuestos complejos – como los carburos cementados – mediante compresión uniaxial de micropilares y nanoindentación, permiten evaluar el papel de cada fase constitutiva en su respuesta y propiedades mecánicas. Al hacerlo, se debe seleccionar un tamaño de muestra apropiado para obtener resultados confiables del comportamiento general del material.Els carburs cimentats – també coneguts com a metalls durs – són materials compostos àmpliament usats a diversos camps industrials en aplicacions que comporten desgast, com en eines de tall, mecanitzat o trepat, a causa de la seva excepcional resistència al mateix. Els carburs cimentats més comunament usats són graus de WC-Co, per les característiques d’humectabilitat de cobalt (Co) amb el carbur de tungstè (WC) i la seva adhesió. L’aparició de noves aplicacions, l’existència de tècniques de caracterització avançades, aspectes econòmics i ambientals, entre d’altres, fomenta a el desenvolupament d’una nova generació de carburs cimentats que continguin altres fases d’unió com níquel (Ni) i ferro (Fe) o els seus aliatges. A més, la pols de Co ha estat classificada com a molt tòxica per a la salut humana i la combinació de pols de metall dur carbur-cobalt ha demostrat ser encara més tòxica que el Co o el W purs. L’èxit de la substitució dels constituents principals dels carburs cimentats es mesura habitualment en termes de propietats mecàniques finals, com la duresa, la tenacitat de fractura Palmqvist i la resistència a fractura transversal (TRS) a escala macroscòpica; i en termes d’integritat estructural en condicions similars a servei, com ara la resistència a corrosió, resistència a xocs tèrmics i fatiga, etc. En aquest sentit, el marc general dels efectes de les característiques microestructurals – mida mitjana dels carburs i fracció de volum i naturalesa química de les fases constitutives – en la resposta mecànica dels carburs cimentats està ben establerta en l’escala macroscòpica. No obstant això, encara cal estudiar en profunditat el paper individual de la fase lligant i dels carburs en l’escala local, és a dir, a l’escala micromètrica. Pel que fa als assajos micromecànics, s’ha prestat especial atenció a la compressió de micropilars gràcies als seus avantatges: l’estat de tensions és nominalment uniaxial, permetent una conversió directa de les mesures càrrega-desplaçament a corbes de flux; la preparació de mostres mitjançant un microscopi de feix de ions (FIB) és una tècnica de mecanitzat relativament senzilla; implica l’ús d’un nanoindentador convencional amb una punta plana; i es pot realitzar ex-situ o in-situ mitjançant un microscopi electrònic de rastreig (SEM) o de transmissió (TEM). Tot i això, cal parar atenció a les dimensions de les mostres, ja que està ben establert que les propietats intrínseques dels materials cristal·lins, com ara la tensió i la resistència, poden estar molt influïdes per factors extrínsecs com ara el volum. Per exemple, els resultats han evidenciat una relació inversa entre la duresa i la profunditat d’indentació a les escales micro- i nanomètriques. Respecte als carburs cimentats, estudis recents han demostrat que canvis en la fracció volumètrica de lligant i carburs comporta una àmplia dispersió en els resultats de mòdul de Young mesurat a la microescala. Seguint aquestes idees, en aquesta tesi doctoral s’ha seleccionat la compressió uniaxial de micropilars i nanoindentació per avaluar el paper del lligant i els carburs respecte la seva naturalesa química i dimensions microestructurals, és a dir, grandària mitjana del carbur i camí lliure mig del lligant, en les propietats mecàniques dels carburs cimentats i la seva resposta mecànica a escales locals. Aquesta tesi es presenta com a compendi de publicacions científiques en les quals s’estudien objectius específics individualment. La primera publicació té com a objectiu avaluar l’efecte del diàmetre del micropilar en la resposta micromecànica del WC-Co. A la segona publicació, s’investiguen l’efecte de la mitja mitjana del gra de WC i la fracció de volum de les fases de carbur i lligant. Els resultats han permès superar el problema de l’efecte de mida – habitual quan s’assaja a escales micro- i nanomètrica – seleccionant una mida de mostra adequada per tal d’aconseguir propietats mecàniques fiables avaluades a escales locals. La tercera i quarta publicacions estan dedicades a investigar les propietats mecàniques dels carburs cimentats amb substitució parcial o total de WC o Co com a fase constitutiva principal. En aquest sentit, en la tercera publicació s’usa la tècnica de nanoindentació per avaluar la duresa intrínseca de les fases constitutives i la tensió de flux del lligant constret en un carbur cimentat WC-(W,Ti,Ta,Nb)C-Co. Finalment, en el quart treball s’han estudiat tres materials, un amb Co i dos amb substitució parcial o total de Co com a lligant, respectivament, per tal d’investigar la influència de la naturalesa química del lligant en la resposta mecànica global dels carburs cimentats, segons fenòmens de deformació plàstica i mecanismes de fallada induïts per compressió uniaxial de micropilars. Els resultats derivats de la investigació realitzada durant aquesta tesi doctoral demostren que els assajos a escala petita de materials compostos complexos com ara els carburs cementats mitjançant compressió uniaxial de micropilars i tècniques de nanoindentació permeten avaluar el rol de cada fase constitutiva en les propietats i resposta mecàniques. Per fer-ho, cal seleccionar una mida de mostra adequada per tal d’obtenir resultats fiables del comportament global del material.Postprint (published version

Obtención de recubrimientos de carburos ternarios y cuaternarios por medio de la técnica de difusión termo-reactiva (TRD), y caracterización de la resistencia al desgaste frente a un recubrimiento de diamante policristalino conforme a la técnica de Pin on Disc.

La industria metalmecánica y especialmente las herramientas de corte están enfrentadas diariamente a problemas de desgaste y corrosión en sus diferentes procesos productivos. Estos problemas se ven reflejados directamente en la vida útil de los componentes y en pérdidas de rendimiento por fallas prematuras. Aunque existen materiales con propiedades de alta dureza y propiedades anti desgaste los costos de estos son muy elevados lo que no los hacen accesibles a todo tipo de industria. Actualmente en la industria estos inconvenientes son solucionados depositando recubrimientos duros sobre los aceros, de esta forma se mejoran las propiedades mecánicas tales como la dureza superficial, la resistencia al desgaste y la resistencia a la corrosión de los materiales recubiertos especialmente aceros con medio y alto contenido de Carbono. En esta oportunidad la investigación fue enfocada en la obtención de recubrimientos de carburos ternarios y cuaternarios sobre acero AISI D2 utilizando elementos formadores de carburos como Niobio, Vanadio y Cromo, mediante la técnica de deposición por difusión termo reactiva (thermoreactive deposition-diffusion TRD), con el fin de caracterizarlos y hacer un estudio comparativo de sus propiedades de resistencia al desgaste frente a los cortadores de una broca con recubrimiento de Diamante Policristalino (PDC). Para la caracterización de los resultados obtenidos se utilizó análisis de microscopia electrónica de barrido SEM (Scanning Electron Microscope), para medir el espesor y caracterizar la morfología de los recubrimientos, análisis de difracción de rayos XRD (X-Ray Diffraction), para definir las fases presentes, el tamaño del cristalito y las micro deformaciones, así como la resistencia al rayado para determinar el desgaste de las capas obtenidas

Resistencia al desgaste de recubrimientos Bi/NbC producidos con el sistema sputtering con magnetrón desbalanceado

En este trabajo se produjeron películas nano estructuradas de NbC, Bi y bicapas Bi/NbC sobre acero M2 y 316L mediante la técnica Sputtering con magnetrón desbalanceado, y se evaluó su resistencia frente al desgaste por medio del ensayo pin on disc, la adherencia con una prueba de rayado y la resistencia a la corrosión de las películas depositadas sobre los sustratos 316L mediante técnicas electroquímicas. La microestructura de los recubrimientos se analizó mediante Difracción de rayos X, Microscopía electrónica de Barrido, Microscopia de fuerza atómica y microscopía laser confocal. La microscopía electrónica de barrido y de fuerza atómica revelaron superficies de muy baja rugosidad en el caso de la película NbC y con pocos defectos, mientras que las películas de bismuto presentaron mayor valor de rugosidad y con zonas de vacios debido al mecanismo de crecimiento del Bismuto. El depósito de las películas NbC se realizó en atmosfera reactiva de metano (0.008 sccm) y argón (22 sccm) con corriente DC de 300 mA, mientras que las películas de bismuto se depositaron con potencia de 40 W y flujo de argón de 9 sccm. Los resultados obtenidos muestran que el coeficiente de fricción de la película de bismuto y la bicapa aumenta desde el inicio del ensayo debido a la baja adherencia de las películas. Por otro lado, la película NbC presento la menor tasa de desgaste posiblemente debido a sus buenas propiedades mecánicas y mejor adherencia y la bicapa fue la configuración que brindo una mayor protección al acero disminuyendo considerablemente su tasa de desgaste. En cuanto a la resistencia a la corrosión el mejor comportamiento fue el de la película NbC posiblemente debido a su naturaleza cerámica y buena adherencia al sustrato. No se observa buena resistencia a la corrosión de los recubrimientos de bismuto y la bicapa debido a la baja adherencia y alta rugosidad de estas películas.Abstract. In this work were produced NbC and Bi nanostructured films and bilayers Bi / NbC with substrates M2 and 316L steel using the UBM (unbalanced magnetron sputtering) technique. Wear resistance by pin on disc test, adherence by scratch test and corrosion resistance in films grown on 316 L steel, were evaluated. Coatings microstructure was analyzed by XRD (X-ray diffraction), SEM (Scanning Electron Microscopy), atomic force microscopy and confocal laser microscopy. Scanning electron and atomic force microscopes show low roughness and defects in NbC surface, while Bi films show high roughness with voids due to the bismuth growth mechanism. NbC films deposition was performs in methane (0.008 sccm)+ argon (22 sccm) reactive atmosphere with 300 mA of DC current. Bismuth films were deposited with 40W DC Power and 9 sccm argon flow. The results show that the friction coefficient of the bismuth film and the bilayer increases from start of the test due to the low adherence of the films. Furthermore, the NbC film showed the lowest wear rate possibly due to its good mechanical properties and better adhesion. Bilayer was that provide greater protection to steel greatly decreasing their rate of wear. As for corrosion resistance performance the best film was NbC possibly due to their ceramic nature and good adhesion to substrate. Bismuth films and bilayer shows bad corrosion resistance due its poor adherence and high roughness.Maestrí

Estudio de desgaste de recubrimientos duros en una herramienta de arado tipo cincel

Se estudió la resistencia al desgaste de cuatro recubrimientos duros aplicados en una herramienta de arado tipo cincel, comparados con el desgaste de una herramienta comercial. Se planteó un diseño experimental de 1 factor, 5 tratamientos y 12 bloques aleatorizados, con pruebas a escala real, llevadas a cabo en un suelo franco arcilloso. Se usaron dos electrodos de alto cromo y alto carbono (Fe-C-Cr y Fe-C-Cr-Nb), cada uno de ellos, aplicados mediante el proceso FCAW en deposiciones de una y dos capas, respectivamente, sobre una herramienta de arado tipo cincel, fabricada en acero ASTM A36, alcanzando la misma geometría de una herramienta comercial; conformando así cuatro recubrimientos. Las capas fueron aplicadas en la sección de la herramienta más propensa al desgaste. Se analizó su composición química, microestructura, dureza, mecanismos de desgaste abrasivo y sus costos directos de fabricación. Los recubrimientos duros presentaron durezas entre 650 HV y 950 HV. El primer electrodo, aplicado en una y dos capas, produjo microestructuras hipereutécticas con carburos tipo M7C3, con matriz de austenita; el segundo electrodo, depositado de forma similar, originó carburos de los tipos M7C3 y MC, con matriz de ferrita. La herramienta comercial tuvo una dureza de 280 HV y una microestructura de fundición nodular, con matriz de ferrita. El principal mecanismo de desgaste abrasivo sobre los recubrimientos fue el microcorte. Las herramientas recubiertas, tuvieron en campo una resistencia al desgaste entre similar y 2 veces mayor que la herramienta comercial, sin embargo, resultaron entre 19% y 57% más costosas que esta última.Abstract: Wear resistant of four hardfacings on an agricultural chisel plow was studied, compared to a commercial tool wear. A design of experiment with 1 factor, 5 treatments and 12 randomized blocks with full-scale tests was under taken in a clay loam soil. Two electrodes of high chromium and high carbon (Fe-C-Cr-C and Fe-Cr-Nb) were applied, each, using FCAW process in one and two layers, on a chisel plow tool, made of ASTM A36 steel, achieving the same geometry of a commercial tool, thus forming four hardfacings. The layers were applied in the share of the tool more prone to wear. The chemical composition, microstructure, hardness, abrasive wear mechanisms, direct costs of manufacturing and their relationship were analyzed. Hardfacings showed hardness between 650 and 950 HV. The first electrode, applied on one and two layers, reached each them a hypereutectic microstructure with M7C3 type carbides and austenite matrix, and the second electrode, similarly deposited, originated carbides of type MC and M7C3 with ferrite matrix. The commercial tool had a hardness of 280 HV and a microstructure of nodular cast iron with ferrite matrix. The main mechanism of abrasive wear of the hardfacings was microcut. Hardfaced agricultural chisel plows had similar wear resistance and 2 times higher than the commercial tool, however, were more expensive between 19 and 57%Maestrí

Procesos termomecánicos y precipitación en un acero HSLA

Se han estudiado dos aceros HSLA (High Strength Low Alloy) que presentan composiciones químicas similares, a excepción del contenido en elementos microaleantes. El propósito del estudio es determinar el efecto del proceso termomecánico y su efecto en la formación de precipitados en cada uno de los dos aceros así como la influencia de estos sobre la microestructura y propiedades mecánicas de los aceros producidos por la industria local