Efecto de los ángulos de impacto sobre la resistencia al desgaste por erosión del acero borurado AISI 4140

Abstract

Este estudio evalúa la resistencia al desgaste por erosión del acero AISI 4140 sin tratar, el acero AISI 4140 borurado y el acero AISI 4140 borurado sometido a recocido de difusión (DAP). Se obtuvieron capas de FeB/Fe₂B de doble fase y Fe₂B de una sola fase con espesores de 256 µm y 263 µm, respectivamente. Se realizaron ensayos de desgaste erosivo utilizando partículas de Al₂O₃, SiC y granalla de acero con ángulos de impacto de 30◦, 60◦ y 90◦, siguiendo la norma ASTM G-76. Se utilizaron microscopía electrónica de barrido y perfilometría óptica para analizar los mecanismos y perfiles de desgaste. La naturaleza frágil de las capas de FeB y Fe₂B aumentó las tasas de desgaste erosivo hasta ~3,5 veces en comparación con el acero AISI 4140 sin tratar cuando se utilizaron partículas de Al₂O₃. Sin embargo, bajo el impacto de granalla de acero a 90◦, la capa de FeB/Fe₂B mostró la tasa de desgaste más baja, de 0,001 mg/g, lo que representa una mejora del 93,3 % en comparación con la condición sin tratar (0,015 mg/g). La capa de Fe₂B monofásica logró una tasa de desgaste un 35,6 % menor que el recubrimiento bifásico (0,0030 frente a 0,0047 mg/g), lo que pone de relieve el efecto beneficioso del recocido de difusión. Además, la capa de Fe₂B mostró una reducción general del desgaste del 78 % en comparación con el acero sin tratar en las pruebas con partículas de SiC. Los mecanismos de desgaste variaron con el ángulo de impacto, pasando de la abrasión a 30◦ a la erosión a 90◦. Los modos de fallo observados incluyeron agrietamiento, desprendimiento de material y arado, particularmente en capas boruradas. Estos hallazgos proporcionan un marco para optimizar los recubrimientos de boruro en entornos erosivos.