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Nitruración Iónica de Aceros endurecibles por Precipitaciónpara la difusión de nitrógeno. En las mismascondiciones, las probetas de PH-X SUPRA fueronnitruradas en el equipo industrial de la empresaIONAR SA (Buenos Aires), en un ensayo de 12horas y a una temperatura de 390 C.Al terminar el ensayo de nitruración, se pulieronlevemente las probetas para eliminar rastros deóxido formados en el enfriamiento y se les midiódureza en superficie. Una de las probetas fue cortadae incluida en resina para observar la estructura de lacapa modificada al microscopio óptico.Otras probetas se destinaron al ensayo de desgasteabrasivo, que se realizó en una máquina de ensayosconstruida según Norma ASTM G65 “Dry Sand –Rubber Wheel” [15]. El sistema consta básicamentede una rueda de goma que gira a 200 10 rpm. Laarena de cuarzo cae a un flujo constante de 300g/min, que se interpone entre la rueda y la probeta aensayar produciendo el efecto abrasivo entre ambaspartes. Al finalizar el ensayo, se midió la pérdida demasa de cada probeta y se realizó la relación de lapérdida de masa con la de la probeta patrón.La resistencia a la corrosión se evaluó con dosmétodos. En primer lugar se realizó una prueba depasivación, con una gota de sulfato de cobre pentahidratado, según sugiere la norma ASTM A967-05,en la práctica “D”. La deposición de cobre indica lapresencia de hierro libre, por ende una falla de lacapa de óxido pasivante. En segundo lugar, lasprobetas fueron sometidas a un ensayo de corrosiónen niebla salina, en una cámara construida según lanorma ASTM B117 [16]. Se utilizó una solución deNaCl al 5% y con ph 6,8, que se atomizó sobre lasmuestras durante 100 horas. La temperatura en lazona de las probetas se mantuvo a 32 C. Se expusosólo una cara de las probetas, las restantes seenmascararon. Se midió la corrosión semicuantitativamente, indicando la presencia o no depicaduras, y el grado de afectación de la corrosióngeneralizada, con un método diseñado a partir demetodologías de análisis descritas en otras normascomo ASTM G46, D610 y G33.3.RESULTADOS Y DISCUSIÓN3.1 Microestructura y durezaTras el ensayo de nitruración, se midió la dureza ensuperficie de las probetas nitruradas, con indentadorVickers y una carga pequeña (0,05 kg) para nopenetrar la capa nitrurada o tener influencia de ladureza del sustrato. Sobre un promedio de 10Rev. LatinAm. Metal. Mater. 2009; S1 (4): 1559-1565medidas y con errores menores al 5%, seconfeccionó la Tabla 2, para comparar con losvalores de dureza previos a la nitruración en los tresaceros.Tabla 2. Dureza en Vickers, HV0,05 de las probetasantes y después de la nitruración.MaterialDureza previaDureza posteriorCORRAX5801290PH-X SUPRA4401100AISI 4204051160La microestructura de las capas modificadas sereveló en las probetas seccionadas e incluidasusando el reactivo de Vilella (1 g de ácido pícrico, 5ml de HCl y 95 ml de etanol). En la Figura 2 sepresentan las micrografías con 400 aumentos, dondese observan dichas capas y se detallan los espesores.En todas las figuras se observa que la estructura delmaterial base es de tipo martensítica y ha sidoatacada con más intensidad por el reactivo, que lacapa modificada, que se observa de color blanco.Vale aclarar que esta capa no es la clásica “capablanca” de nitruros que se forma en aceros de mediaaleación, sino que se trata de nitrógeno en soluciónen una estructura martensítica, denominada α N,aunque no se descarta la formación de pequeñosprecipitados de nitruros, sobre todo γ -FeN4 y CrN[17].En la figuras 2 (a) y (b) se observa también que lascapas modificadas de los aceros Corrax y PH-XSUPRA (endurecibles por precipitación) forman unainterfase irregular y ramificada hacia el interior delmaterial base, una estructura metalográfica queindica una excelente adherencia entre capa ymaterial base, lo que es positivo, pues en situacionesde desgaste se minimiza el riesgo de fisurasparalelas a la superficie, observadas previamente enaceros AISI 420 nitrurados [18].3.2 DesgasteSe realizó un ensayo de desgaste abrasivo de 5minutos de duración, con una carga normal de 10 Ny con arena seca de granulometría AFS 50/70, segúnsugiere el procedimiento C de la norma ASTM G65.Las pérdidas de masa ( m) sufridas por desgaste encada probeta se midieron con una balanza deprecisión de 10-4 g y se realizó el cociente entre mde probeta nitrurada y probeta patrón de cadamaterial. Las pérdidas de masa relativas indican1561

Brühl et al.Tabla 3. Resultados del ensayo de desgaste abrasivo.(a)(b)MaterialPérdida de masa relativaCORRAX0,78PH-X SUPRA0,77AISI 4200,72lo es su resistencia al desgaste, que en todos loscasos, se incrementaría entre un28% y un 39%respecto a los materiales con tratamiento térmicopero sin nitrurar, si se considera que el aumento dela vida al desgaste es inversamente proporcional a larelación de pérdida de masa.3.3 CorrosiónAl finalizar el ensayo de nitruración, la primeraevaluación que se llevó a cabo es la de conservaciónde la pasividad, a través del ensayo de la gota desulfato de cobre pentahidratado. La norma ASTMA967 sugiere que la resistencia del material sin queprecipite cobre durante 6 minutos, indica que no hayexpuesto hierro libre en la superficie y, por ende, lacapa de óxido pasivante es bueno. Los resultados delas probetas nitruradas y sin nitrurar se presentan enla Tabla 4, e indican como positivo o negativo, ladeposición o no de cobre, así como el tiempotranscurrido.Otro grupo de probetas nitruradas y patrones sesometieron al ensayo de corrosión en cámara deniebla salina por 100 horas.(c)Figura 2. Capas nitruradas en los distintos aceros. a) PHX SUPRA, de espesor 18-20 μm b) CORRAX, 12-14 μmc) AISI 420, 17-18 μm.cuánto más resiste el material nitrurado que elmaterial patrón, sólo con tratamiento térmico y sinnitrurar según se muestra en la Tabla 3. Las durezasde los aceros posteriormente a la nitruración soncomparables y en la Tabla 3 se observa que también1562Al finalizar el ensayo y limpiar levemente con aguadestilada la probeta, se fotografió la superficie y seprocesó digitalmente la foto para obtener elporcentaje de la superficie afectada por corrosióngeneral. Las fotos se muestran en la Figura 3, dondese aprecia a simple vista la diferencia entre lasprobetas de los distintos aceros. Luego se pulieronlas muestras para eliminar los productos decorrosión y exponer los pits. Con la ayuda de la lupay el microscopio, se obtuvieron micrografías y conel software de procesamiento de imágenes ScionImage , se seleccionaron y contaron los pits grandes(aproximadamente 0,8 mm2 de área, que se ven asimple vista) y los pits chicos (entre 0,1 y 0,2 mm2de área), que es el tamaño mínimo tenido en cuentaen la norma ASTM G46.Rev. LatinAm. Metal. Mater. 2009; S1 (4): 1559-1565

Nitruración Iónica de Aceros endurecibles por PrecipitaciónTabla 4. Prueba de pasivación con la gota de sulfato decobre pentahidratado.Tabla 5. Análisis cuantitativo del ensayo de niebla salina.MuestraPorcentaje deNúmero de Pitscorrosión generalMaterialCuSO4.5H2OTiempoCORRAX s/nitr.negativo6 minAISI 42021,88CORRAX nitr.negativo6 min30,27PH-X SUPRA s/nitr.negativo6 minAISI 420nitruradaPH-X SUPRA nitr.negativo6 minPH-X SUPRA1,302AISI 420 s/nitr.positivo3 minPH-X SUPRAnitrurada 1-AISI 420 nitr.positivo1 minCORRAX 1-CORRAXnitrurada2-(a)(b)Es notable la diferencia a simple vista delcomportamiento a la corrosión de los acerosendurecibles por precipitación en el ensayo de lacámara de niebla salina, al compararse con el aceroAISI 420. En el caso del Corrax, si bien se observanpequeños pits en la superficie, no hay signos decorrosión generalizada, lo que indica que el aceronitrurado se comporta mejor en un ambiente decloruros que el acero sin nitrurar.Esto se podría explicar, al igual que en los acerosausteníticos nitrurados [2-3,19], por la sinergia entrecromo y nitrógeno, que resulta en un mejorcoeficiente de resistencia al picado, expresadocomo:PRE %Cr 3,3 %Mo 16 %N(1)donde PRE son las siglas de “Pitting ResistanceEquivalent”, obtenido de datos experimentales querelacionan la resistencia al picado con lacomposición química de un acero [20].(c)Figura 3. Análisis cualitativo del ensayo de niebla salina,a la izquierda las patrones, a la derecha las nitruradas. a)Corrax, b) PH-X Supra, c) AISI 420.Se confeccionó una tabla con los resultados delporcentaje del área cubierta y el número de pits, querevelan la diferencia cuantitativa de comportamientoa la corrosión de los aceros endurecibles porprecipitación nitrurados y el acero martensítico AISI420 (Tabla 5).Rev. LatinAm. Metal. Mater. 2009; S1 (4): 1559-1565Para lograr una capa nitrurada resistente a lacorrosión es necesario que la nitruración iónica selleve a cabo a bajas temperaturas (menores a 400 C)para asegurar la preservación del cromo en solucióny evitar la formación masiva de nitruros de cromo[21].En el caso de AISI 420, si bien se nitruró a la mismatemperatura, la disminución del cromo librecomienza en el tratamiento térmico, donde seforman carburos de cromo, que precipitan en bordesde grano durante el revenido [22].En la nitruración, también ocurre una precipitaciónde nitruros de cromo en los mismos sitios, entonces,si bien no se detectan al microscopio óptico, hayzonas pobres en cromo, que son sitios preferenciales1563

Brühl et al.para inicio de corrosión [10]. Como los acerosendurecibles por precipitación tienen muy bajocontenido de carbono, la precipitación de carburoses mucho menor en el tratamiento térmico, y elmaterial conserva mayor proporción de cromo ensolución, incluso después de la nitruración.4. CONCLUSIONESLa nitruración iónica de los aceros endurecibles porprecipitación y del AISI 420, eleva la dureza por laformación de una capa rica en nitrógeno de entre 10y 20 micrones, a valores superiores a 1000 HV entodos los casos. Esta dureza eleva su resistencia aldesgaste en un 35% promedio, aun teniendo encuenta que el ensayo de abrasión es relativamenteagresivo por la dureza de la arena, compuestamayoritariamente por cuarzo.La resistencia a la corrosión después de nitrurado enel acero martensítico AISI 420 se ve disminuida,evidenciado en el experimento de pasividad de lagota de sulfato de cobre y en el ensayo de nieblasalina. Sin embargo, en los caso de CORRAX y PHX SUPRA se mantiene la resistencia a la corrosiónluego del tratamiento, e incluso mejora levementeen el caso del primero.Se demuestra entonces con este trabajo, que lanitruración iónica a bajas temperaturas (menores a400 C) es un tratamiento eficaz para mejorar laspropiedades tribológicas de los aceros endureciblespor precipitación, sin afectar su resistencia a lacorrosión.5. AGRADECIMIENTOSAl apoyo económico de la Universidad TecnológicaNacional y la Facultad Regional Concepción delUruguay, así como a la Agencia Nacional deCooperación Científica y Tecnológica (Argentina) através del Proyecto FONTAR ANR 600 – NA196/06.A las empresas Fortinox Thyssen Argentina yBoehler-Uddeholm Argentina, por la donación delmaterial que fue utilizado en este estudio.A los becarios auxiliares de investigación del GrupoGIS-UTN, Sebastián Suárez, Juan Tijero, HeberBotto y Esteban Lanza por la colaboración prestadaen los tratamientos térmicos y los ensayos dedesgaste. A Eduardo González por los ensayos deniebla salina, a la Lic. Eugenia Dalibón por elanálisis cuantitativo de los datos de corrosión.15646. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS[1] ASM Handbook, Vol. 5, Surface EngineeringOhio (EE.UU.), ASM International, 1999.[2] Williamson DL, Wilbur PJ, Fickett FR,Parascandola S, “Role of ion beam processingtime in the formation and growth of the highnitrogen phase in austenitic stainless steel” enBell T, Akamatsu K (eds.), Stainless Steel2000, Maney Publ., 2001, p. 333-352.[3] Czerwiec T, Renevier N, Michel H. Surf.Coat. Technol. 2000, 131, 267-277.[4] Menthe E, Bulak A, Olfe J, Zimmermann A,Rie KT. Surf. Coat. Technol. 2000, 133-134,259-263.[5] Singh V, Marchev K, Cooper CV, Meletis EI.Surf. Coat. Technol. 2002, 160, 249-258.[6] Corengia P, Ybarra G, Moina C, Cabo A,Broitman E. Surf. Coat. Technol. 2004, 187,63-69.[7] Kim SK, Yoo JS, Priest JM, Fewell MP. Surf.Coat. Technol. 2003, 163-164, 380-385.[8] Li CX, Bell T. Corrosion Sci. 2006, 48, 20362049.[9] Xi Y, Lin D, Han D. Surf. Coat. Technol.2008, 202, 2577-2583.[10] Estafandiari M, Dong H. Surf. Coat. Technol.2007, 202, 466-478.[11] Calosso F, Ernst C, Huchel U, “Lowtemperature nitriding of precipitation hardenedcorrosion resistant tool steels”. En:Proceedings del 7th Int. Tooling Conference:Tooling materials and their applications fromresearch to market, Turin, Italy 2-5 May 2006.[12] Brühl SP, Charadia R, Mingolo N, Cimetta J,Guitar MA, Suárez S, Duarte M, “Nitruraciónde un acero inoxidable aisi 410 partiendo dediferentes tratamientos térmicos”. En: Analesdel Congreso CONAMET/SAM 2004, Santiagode Chile, 2004, p. 917-922.[13] Brühl SP, Charadia R, Sanchez C, Staia MH.Int. J. Mat. Res. 2008, 7, 779-786.[14] Brühl SP, Charadia R, Mingolo N, RevistaMatéria, 2005 (10), 1, 628-634. ISSN 15177076.Disponibleenlaweb: igo10383 [15] ASTM G65-05, Standard Test Method forMeasuring Abrasion Using the DrySand/Rubber Wheel Apparatus, FiladelfiaRev. LatinAm. Metal. Mater. 2009; S1 (4): 1559-1565

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dimensionales. Por otro lado, su resistencia a la corrosión suele ser superior a la de los aceros martensíticos de la serie 400. La nitruración iónica es un tratamiento de endurecimiento de difusión termoquímica asistido por plasma, que a diferencia de su equivalente gaseoso tradicional, puede operar a temperaturas