Introduction 116

4.2.4.1. Perfiles de dureza (todas las IA)

Los tratamientos superficiales de shot peening están condicionados a ciertos parámetros y variables, que tras ser controlados permiten inducir efectos positivos en la superficie del material como acabado superficial, tensiones residuales de compresión y endurecimiento superficial. En este apartado se ha desarrollado la influencia de los tratamientos de shot peening en torno al endurecimiento superficial inducido sobre el acero F1272.

Se ha de recordar que los tratamientos de shot peening se realizaron sobre probetas planas, de sección transversal circular y espesor entre 5 y 7 mm, obtenidas a partir de las barras de acero F1272. Las probetas fueron previamente desbastadas y pulidas, posteriormente, se realizaron los tratamientos superficiales con coberturas del 100%. Tras haber caracterizado las superficies mediante medidas de rugosidad y microscopía electrónica de barrido, para evaluar el acabado superficial y el factor concentrador de tensiones, se procedió a determinar los perfiles de endurecimiento, para lo que se cortaron transversalmente.

representado en dos figuras separadas para facilitar la comparación de los mismos. También se puede apreciar que la agrupación de los perfiles se ha realizado teniendo en cuenta la diferencia existente en la dureza base del aceros de uno y otro lote de probetas (338-346 HV en uno y 330- 338 HV el otro).

Figura 4.15. Perfiles de endurecimiento superficial en las probetas tratadas mediante shot peening a intensidades Almen de 10,12 y 14 A

En las Figura 4.15 y Figura 4.16 se puede observar que el mayor endurecimiento se presenta en las primeras 100 µm, y que posteriormente decrecen hasta estabilizar en valores aproximados a la dureza base del acero. En los perfiles mostrados se puede observar que el endurecimiento inducido es bastante pequeño y, como consecuencia, la dispersión en los puntos de medida ha sido alta. Sin embargo, ha sido posible cuantificar el máximo endurecimiento sufrido por el acero en cada tratamiento la profundidad a la cual se presenta (Figura 4.15).

Se ha intentado utilizar el ajuste exponencial de los valores de dureza utilizando las expresiones 3.11 y 3.12 mostradas en el correspondiente capítulo. Dado que el estudio matemático no ha proporcionado información adicional alguna, se ha decidido no mostrar los resultados obtenidos.

Figura 4.16. Perfiles de endurecimiento superficial en las probetas tratadas mediante shot peening a intensidades Almen de 8, 16, 19 y 21A

Para determinar el nivel de endurecimiento superficial, se ha determinado en cada caso la diferencia entre los valores de dureza medidos en la región superficial tratada afectada por shot peening y la dureza del acero base medida en cada probeta. Esta variación ha sido relativamente baja (inferior a 40 unidades Vickers) para todas las intensidades Almen. Operando de este modo se ha recogido en la Tabla 4.15 el endurecimiento máximo inducido y la profundidad aproximada de la zona endurecida. Se puede ver que, a pesar de la escasa fiabilidad de los resultados obtenidos, el endurecimiento superficial está relacionado con la intensidad Almen, ya que a medida que aumenta la intensidad Almen aplicada, el endurecimiento se incrementa y también lo hace la profundidad de la región endurecida.

Tabla 4.15. Endurecimiento máximo inducido y profundidad de la zona afectada

IA HV (kg/mm2₎ _{L (mm)} 8A 15 0,70 10A 25 0,80 12A 28 0,80 14A 30 0,90 16A 27 0,90 19A 29 0,90 21A 30 1,00

Respecto a las dificultadas expuestas, autores como Soady et al [65], proponen estimar la profundidad de la zona afectada por los tratamientos de shot peening intersectando los perfiles de endurecimiento superficial con los de las tensiones residuales de compresión.

De cualquier manera, otro parámetro que permite estimar el endurecimiento superficial es el FWHM (Full Width at Half Maximun- ancho del pico de difracción en la mitad de su altura) que está determinado por la deformación en frío, el tamaño de grano y el endurecimiento que ha sufrido el material [34, 66]. El parámetro FWHM aumenta proporcionalmente con la cantidad de trabajo en frío suministrado al material, ya que mide la existencia de variaciones muy pequeñas en el ángulo de difracción, ligadas a variaciones igualmente muy pequeñas de la distancia interplanar de los planos de difracción, que se justifican en virtud de la existencia de dislocaciones. De este modo, este parámetro sería directamente proporcional a la densidad de dislocaciones y, por lo tanto, al endurecimiento por deformación plástica. No se trata de una medida directa del endurecimiento, como la construcción de los perfiles de dureza, pero sí es una estimación real la tendencia del material a endurecerse.

La Figura 4.17 muestra el perfil del parámetro FWHM obtenido con cada uno de los tratamientos de shot peening realizados.

Figura 4.17. Perfiles de FWHM en función de la profundidad

Resulta interesante destacar la evolución del parámetro FWHM con la profundidad en las muestras tratadas mediante shot peening de este acero. En este caso, si bien predomina el

endurecimiento superficial propio del shot peening, a una cierta profundidad, situada entre 0,1 y 0,25 mm, según haya sido la intensidad Almen aplicada, se observa un mínimo en el factor FWHM, que luego se incrementa ligeramente con la profundidad, hasta alcanzar el nivel que tenía el acero sin tratar (en este caso 2,9º). Es decir la deformación plástica inducida en el shot peening, si bien genera un claro endurecimiento superficial, también ha propiciado en regiones algo más interiores una especie de auto-revenido del acero (posiblemente, en las regiones citadas, la distorsión de la red que genera la deformación plástica en frío promueve la precipitación de carburos, origen del ablandamiento de revenido).

Detallando los diferentes perfiles del parámetro FWHM obtenidos, parece que el endurecimiento máximo superficial es aparentemente independiente de la intensidad del tratamiento de shot peening. Es más, en la Figura 4.17 se aprecia el cruce de los perfiles del parámetro FWHM en torno a una profundidad aproximadamente igual a unos 30-50 m. Se hace notar que por debajo de la profundidad citada y hasta alcanzar el mínimo de cada perfil el endurecimiento aumenta con la intensidad Almen (nótese la posición de las curvas en el rango de profundidades entre 50 y 100 m), mientras que en la región más superficial son la intensidades Almen más bajas las que proporcionan el mayor endurecimiento. Por otro lado, la profundidad afectada depende claramente de la intensidad Almen aplicada, aumentando significativamente con ésta. La Figura 4.18 muestra tanto la variación de la posición del mínimo del factor FWHM, como de la profundidad para la que se alcanza el valor de este parámetro en el acero base, en función de la intensidad Almen aplicada.

Se quiere igualmente destacar que la profundidad en la que se ve afectado el parámetro FWHM tras los tratamientos de shot peening es apreciablemente menor que la profundidad de la región endurecida que se ha medido y mostrado en la Tabla 4.15. De cualquier manera, como se aprecia en la Figura 4.18, se hace notar que el perfil del parámetro FWHM parece ser un método más sencillo, fiable y preciso a la hora de determinar la profundidad de la zona afectada por los tratamientos de shot peening que la medida directa del perfil de microdureza.

Figura 4.18. Profundidad del mínimo del factor FWHM (𝐿𝑚𝑖𝑛) y la profundidad para la que se alcanza el FWHM

4.3. DETERMINACIÓN DEL CAMPO DE TENSIONES RESIDUALES DE