Estudio de la resistencia al desgaste del acero AISI 4340 bajo condiciones de deslizamiento sin lubricación

Abstract

En el presente trabajo se estudiaron los efectos de la carga normal y la velocidad de deslizamiento, sobre el desgaste deslizante del par tribológico AISI 4340 y AISI D-2, empleando un tribómetro en la configuración geométrica bloque sobre anillo (“Block on Ring”), según norma ASTM D2714-88. Todos los ensayos se realizaron al aire y en ausencia de lubricantes. Las cargas normales aplicadas fueron de 44.5, 89, 133.5 y 178 N, las velocidades de deslizamiento de 0.1, 0.2, 0.4 y 0.6 m/s y la distancia deslizada fija de 55.977 m. Se determinó que la tasa de desgaste en los bloques aumento por efecto del aumento de la carga de forma lineal en algunos de los ensayos y que disminuyo por efecto del aumento de la velocidad en forma exponencial en todos los ensayos. Se encontró que para los anillos la tasa de desgaste disminuyó con un fuerte efecto al aumentar la velocidad de deslizamiento, a partir de cargas normales aplicadas superiores a 89 N y velocidades superiores a 0.2 m/s y que aumento al aumentar la carga normal aplicada, para todas las categorías de velocidad de deslizamiento constante. El aumento tanto de la carga, como el aumento de la velocidad, tuvo como efecto el aumento de la temperatura. Se encontró que el coeficiente de fricción disminuye con el aumento de la velocidad de deslizamiento, para todas las categorías de carga normal aplicada. La disminución en los valores en el coeficiente de fricción promedio va desde 0.8235 para una carga aplicada de 89 N y velocidad de deslizamiento igual a 0.1 m/s, hasta 0.5182 para una carga aplicada de 89 N y velocidad de deslizamiento igual a 0.6 m/s. El coeficiente de fricción se mantuvo estable, es decir, invariable para cada una de las categorías de velocidad constante al aumentar la carga, con excepción de la categoría de 0.6 m/s de velocidad, en el rango de carga aplicada que va desde los valores de 44.5 N a 89 N en donde se aprecia una disminución promedio más pronunciada. La técnica de microscopía electrónica se utilizó para determinar los mecanismos de desgaste, permitiendo encontrar la presencia de un acentuado proceso de adhesión en los anillos para baja velocidad y un proceso mixto de adhesión y delaminación a alta velocidad, ya que se detecta la presencia de “capas” de material. Se encontró pequeñas zonas indicativas de un desgaste adhesivo ligero en los bloques y zonas claramente definidas con la presencia de adhesión a medida que aumenta la carga aplicada. Además se detectó en los bloques la presencia de capas de material que son más pronunciadas según la mayor o menor carga aplicada, lo que denota a su vez la existencia de un mecanismo de delaminación y la presencia de algunas zonas donde se observan grietas, las cuales indican la existencia de un mecanismo de desgaste por deterioro cíclico o fatiga. Los valores de las tasas de desgaste encontradas en el presente trabajo corresponden a un régimen de desgaste severo(mayores que 2.36E-02 mm3/m) por lo que no se encontraron transiciones en el régimen de desgaste.