Alternative explanations

IV.3.2.1. RELACION DUREZA- DESGASTE ABRASIVO

En la figura IV.15 observamos una relación directa de la dureza y resistencia al desgaste abrasivo con el tiempo de revenido: A mayor tiempo de revenido, tanto la dureza como la resistencia al desgaste abrasivo disminuyen. También podemos decir, que dureza y temperatura de revenido, guardan una relación inversa en todo el intervalo de temperaturas. Pero; si queremos establecer una relación entre dureza y resistencia al desgaste abrasivo, como propiedades aisladas para este material, la situación es distinta, por los siguientes considerandos:

En el intervalo [150-250°C] la dureza disminuye muy poco, en cambio se observa un sustantivo incremento de la resistencia al desgaste.

En el intervalo [250-350°C] la dureza vuelve a disminuir muy ligeramente y correlativamente la resistencia al desgaste disminuye más pronunciadamente.

En el intervalo [350-450°C] la dureza cae drásticamente, produciendo un incremento moderado en la resistencia al desgaste.

En términos generales, no se observa ninguna relación estable entre dureza-resistencia al desgaste abrasivo en el acero AISI S1. En otros términos, no se puede afirmar que un

incremento de dureza produzca necesariamente un incremento en la resistencia al desgaste; o lo que es lo mismo: Un acero AISI S1 al ser endurecido no garantiza que su resistencia a la abrasión se incremente.

Fig.IV.15. Gráfico que relaciona los resultados de dureza con el desgaste abrasivo del acero AISI S1 para diferentes condiciones de revenido.

IV.3.2.2. FACTORES QUE DETERMINAN LA RESISTENCIA AL DESGASTE ABRASIVO.

Uno de nuestros objetivos del presente estudio, es determinar la relación que guardan la dureza con la resistencia al desgaste abrasivo del acero AISI S1 y poder lograr un buen desempeño de este material como herramienta para usos específicos; donde una buena resistencia al desgaste abrasivo acompañada de una adecuada dureza sea un factor determinante en la selección del material. Por esta razón y como una alternativa, a nuestro material de estudio, lo estamos sometiendo al tratamiento tradicional de temple-revenido

para buscar y recomendar esa relación adecuada. Pero debemos tener presente, que para cualquier uso eficaz de los diferentes tipos de aceros para herramientas, es indispensable entender los fenómenos de abrasión y el daño causado por las partículas duras. Al respecto, se han hecho considerables esfuerzos para comprender la reacción a la abrasión

en diversos materiales [55].

El comportamiento al desgaste abrasivo de los aceros está bien documentado en la literatura especializada, con respecto a la influencia de propiedades de las partículas

abrasivas, dureza abrasiva y propiedades de los materiales. [56, 57], pero también existe

la hipótesis de que la resistencia a la abrasión tiene tendencia proporcional con la dureza. Sin embargo, varias observaciones experimentales, sugieren que la alta dureza de la martensita no garantiza una alta resistencia a la abrasión (como lo estamos demostrando en el presente estudio), comparada con los aceros de una relativa menor dureza, pero con una mejor relación ductilidad/ tenacidad, y la naturaleza frágil de la martensita a menudo conduce a un menor rendimiento. Por lo tanto, la dureza no es siempre el factor decisivo que afecta a la resistencia al desgaste de un material. Un factor importante de la resistencia

al desgaste es también la microestructura del material en concreto [58]. Por lo tanto

pasaremos a relacionar el desgaste con la microestructura.

IV.3.2.3. RELACION DE LA MICROESTRUCTURA CON EL DESGASTE ABRASIVO

Entre los factores básicos que se consideran para seleccionar materiales para condiciones de desgaste a la abrasión, obviamente, un criterio corresponde a la dureza del material. Así también, los otros factores, corresponden a la microestructura de los materiales, el tamaño y tipos de carburos que también participan en la resistencia al desgaste a la

abrasión resultante [59]. La información disponible sugiere, que la resistencia al desgaste

abrasivo de los materiales depende muy especialmente de factores como la microestructura (microconstituyentes, su tamaño y contenido), pero, además depende de otros factores, tales como las propiedades mecánicas de los materiales [60].

Otro factor a tomar en consideración en la resistencia al desgaste, es el tamaño del grano. Se puede esperar el refinamiento del grano, como un medio eficaz para mejorar la resistencia al desgaste. Un número de estudios ha demostrado que disminuyendo el tamaño de grano, provoca un aumento continuo de la resistencia a la abrasión [61].

Algunos resultados presentan la resistencia a la abrasión de los aceros de fase dual: martensita + ferrita, influenciado por la microestructura y las condiciones de ensayo; y se

observa que la resistencia al desgaste aumenta con el aumento de la fracción en volumen

de la martensita [62].

De lo anterior se desprende que la microestructura del acero juega un papel crítico en cuanto a su rendimiento al desgaste. Cuando la dureza es la misma, la austenita y bainita son más resistentes a la abrasión que la ferrita, perlita o martensita, debido a la mayor

capacidad de endurecimiento por deformación y ductilidad de la austenita [63]. En aceros

con menos de l.0% de carbono, las microestructuras bainíticas tienen la más alta resistencia al desgaste, seguido de microestructuras templadas y revenidos, estructuras

recocidas, y estructuras esferoidizadas, todas al mismo nivel de dureza [64].

Si se analizan las microestructuras-ferríticas-perlíticas y martensíticas, bajo las mismas condiciones de ensayo, se revela un impacto muy diferente de la dureza en la tasa de

desgaste [65]. El aumento de dureza que resulta de una microestructura ferrítico-perlítica

produce sólo una leve mejora de la resistencia al desgaste. Por el contrario, en los aceros martensíticos, el aumento de la dureza conduce a un aumento sustancial en la resistencia al desgaste. Esta diferencia parece ser la consecuencia de diferentes mecanismos de desgaste que actúan en los dos aceros. La fase ferrita blanda presente en el acero ferrítico- perlítico, se deforma plásticamente por la indentación de las protuberancias en las regiones cercanas a la superficie, dando lugar a endurecimiento por deformación.

IV.3.2.4. LOS CARBUROS Y SU RELACION CON EL DESGASTE ABRASIVO.

Esta casi demostrado que la fase carburo, sean estos primarios o secundarios, juegan un rol muy importante en la resistencia al desgaste de los aceros para herramientas. Así tenemos que para una dureza dada, la resistencia al desgaste abrasivo de los aceros para herramientas que trabajan en frío depende de la cantidad, tamaño y distribución de los carburos no disueltos y de los tipos de carburos que resultan después del austenitizado

[66]. Aparte de esto, la resistencia al desgaste puede ser influenciada por el tamaño y espaciamiento de los carburos [67].

La incrustación de partículas duras en una matriz de acero relativamente más blando, puede aumentar aún más la resistencia a la abrasión. Tales partículas duras, consisten típicamente de carburos de titanio, niobio, vanadio, tungsteno, molibdeno o cromo. Todos los elementos formadores de carburos precipitan como carburos secundarios en la matriz del acero revenido en condiciones adecuadas. Estos carburos secundarios son típicamente de menos de 100 nm de tamaño. Los carburos secundarios tienen el potencial de aumentar la resistencia al desgaste y dureza de la matriz del acero especialmente cuando su tamaño

R ES IS T. A L DE SG AS TE A B R A SI V O ( m g/m ) -1

es muy fino (menor que 10 nm) [68, 69]. Otro aspecto importante con respecto a las

propiedades del material final es la morfología de los carburos. Las partículas de carburo en forma compactada, que no son muy grandes en tamaño; si se distribuyen homogéneamente son preferibles para incrementar la resistencia a la abrasión. Grandes carburos con una morfología tridimensional dentrítica, son desventajosas con respecto a

la dureza e impacto [70].