Estudio del comportamiento a la fatiga y corrosión-fatiga de un acero SAE 4340 recubierto con un depósito de cromo duro

Abstract

Se llevo a cabo un estudio con el objeto de evaluar el comportamiento a fatiga y corrosión-fatiga de un acero SAE 4340 en condiciones de templado y revenido, con y sin recubrimiento de cromo duro depositado electrolíticamente. Para tal fin se mecanizaron probetas de tracción según la norma ASTM A370 y probetas de fatiga según la norma ASTM E606. Todas las muestras fueron recubiertas hasta un espesor de 24 μm de acuerdo a las especificaciones de la empresa. Los ensayos de tracción se realizaron en una maquina de ensayos universal, marca INSTRON, con una velocidad de cabezal de 3 mm/min. Los ensayos de fatiga al aire para el material base y material recubierto; así como ensayos de corrosión-fatiga para el material base y material recubierto se ejecutaron en una maquina en flexión rotativa, marca Fatigue Dynamics, a una frecuencia de 50 Hz y una relación de carga de R = -1. Para los ensayos de fatiga-corrosión se empleo una solución salina de NaCL al 3%. Las curvas de Wöhler para condición de ensayo fueron obtenidas empleando un total de seis probetas para cada uno de los cuatro niveles de esfuerzo alternante aplicado y los cuales corresponden a una fracción del esfuerzo de fluencia del material base, a saber: 0,68, 0,72, 0,76 y 0,80. Se determinó el límite de fatiga del substrato así como del material recubierto empleando el método de la escalera para lo cual se destinaron un total de 15 probetas en cada caso y se aplico un escalón de 5 MPa. El comportamiento a la fatiga fue evaluado como una función de los parámetros de la ecuación de Basquin. Los resultados indican que las propiedades mecánicas de esfuerzo de fluencia y esfuerzo real a carga máxima del acero 4340 con un depósito de cromo duro no son afectadas significativamente si son comparadas con el substrato. Sin embargo, la aplicación del recubrimiento de cromo duro sobre la superficie del acero SAE 4340 genera una disminución sustancial en la vida a fatiga al aire, con respecto al substrato, similar a la producida cuando el material con y sin recubierto es ensayado en fatiga-corrosión. Esta reducción en la vida a fatiga varía desde un 80% para el nivel de esfuerzo más bajo hasta un 48% para el nivel de esfuerzo más elevado. Así mismo ocurre una disminución en el límite de fatiga del material recubierto, del orden del 6%, al ser comparado con las probetas sin recubrimiento.

A study was carried out with the purpose of evaluating the reaction on the fatigue and corrosion-fatigue of a steel SAE 4340 in tempered and revenid conditions, with or without recovering of hard chromium electroliticly deposited. On that purpose traction pressure gauges were mechanized according to the norm ASTM A370 and Fatigue pressure gauge According to the norm ASTM E606. All of these samples were recover with a thickness of 24μm, according to the company specifications. The traction testing’s were done in a universal testing machine, INSTRON Bran, with a heading speed of 3mm/min. The testing’s of fatigue on open air for the base material and recovered material as well as corrosion-fatigue testing for the base material and the recovered material were done in rotative bending machine, Fatigue Dynamics brand, at a frequency of 50Hz and a loading relation of R=-1. For the corrosion-fatigue testing’s a salt work solution of NaCl at 3% was used. The Wöhler’s curves for testing’s condition’s were obtained by using a total of six pressure gauges for each of the four alternating effort leves applied which correspond to a base material effort fraction, what is: 0,68 ; 0,72 ; 0,76 ; and 0,80. The substrate fatigue limit was determined as well as the recoverd material using the scale method for which a total of 15 pressure gauges were destined in each case and it was applied a stepping of 5 MPa. . The reaction on the fatigue was evaluated as a parameter function of the equation of Basquin. The results indicate that the real effort and influence of effort mechanic properties at maximum load of steel 4340 with a hard chromium deposit are not sifnificatively affected if compared with the substrate. However, the application of hard chromium recovering on the steel SAE 4340 surface generates a substantial decreace on the fatigue on the air life, respect the subtracts, similar to the one produced when the material with or without recovering is tested on corrosion-fatigue. This decreasement in the fatigue live varies from an 80% to the lowest effort level until a 40% for the highest effort level on the same form occurs a decreasement in the fatigue limit of the recovered material, on the order of 6%, at being compared with the pressure gauges without recovering.