La comparación de las resistencias al desgaste se basó en los valores de pérdida de volumen como se muestra en la tabla 3.3. La pérdida de volumen permite una mejor evaluación
de la resistencia al desgaste de los recubrimientos, particularmente cuando se comparan dos recubrimientos que presentan diferentes densidades, como es el caso de los recubrimientos P- 299 y P-2836. La tabla 3.3 muestra las densidades de los dos recubrimientos, que fueron obtenidas mediante el método de Arquímedes.
Tabla 3.3. Resultados de los ensayos de desgaste abrasivo para los recubrimientos P-299 y P- 2836 Recubrimiento Masa inicial (g) Masa final (g) Pérdida de masa (g) Pérdida de volumen (mm3) Promedio pérdida de volumen (mm3) P-299 P-1 144.8240 144.7424 0.0816 7.5000 7.89063 P-2 144.1522 144.0664 0.0858 7.8860 P-3 167.1589 167.0658 0.0931 8.5570 P-4 165.8462 165.7633 0.0829 7.6195 P-2836 P-1 180.8053 180.7508 0.0545 6.65446 7.07875 P-2 183.9560 183.9070 0.0490 5.98291 P-3 180.9204 180.8581 0.0623 7.60684 P-4 175.8517 175.7856 0.0661 8.07082
Tabla 3.4. Resultados de los ensayos del cálculo de las densidades de los recubrimientos P-299 y P-2836, realizados mediante el método de Arquímedes
Recubrimiento Densidad (g/cm
3)
P-1 P-2 P-3 Promedio
P-299 11.09 10.82 10.73 10.88
P-2836 8.21 8.20 8.17 8.19
La tabla 3.3 muestra que existe una pequeña diferencia en la resistencia al desgaste (la menor pérdida de volumen) entre los recubrimientos evaluados. La resistencia al desgaste del recubrimiento P-2836 (7.079 cm3), es ligeramente mayor que el recubrimiento P-299 (7.891 cm3). Sin embargo, la dureza del recubrimiento P-299 (721.3 HV) fue mucho mayor al recubrimiento P-2836 (623.8 HV), como se muestra en la tabla 3.5.
Tabla 3.5. Resultados de los ensayos de dureza de los recubrimientos P-299 y P-2836.
Recubrimiento Dureza HV(5)
P-1 P-2 P-3 P-4 Promedio
P-299 710 720 725 730 721.3
La figura 3.24 muestra la relación entre la dureza y la resistencia al desgaste por abrasión de los recubrimientos evaluados. No existe correlación entre los dos parámetros, coincidiendo con los informados por varios investigadores (Wang y Li, 2010; Zhou et al., 2012; Filipovic et al., 2013). Esto es debido a que la resistencia a la abrasión de una aleación de revestimiento duro depende de muchos otros factores tales como, el tipo, la forma y la distribución de las fases duras, así como el comportamiento de tenacidad y endurecimiento por deformación de la matriz.
Figura 3.24. Correlación entre la dureza y resistencia a la abrasión de los recubrimiento P- 2836 y P-299
La figura 3.25 muestras micrografías ópticas del recubrimiento P-299 tomadas en la zona superficial y transversal del recubrimiento. La alta dureza que presenta estos recubrimientos probablemente se debe a la presencia de los carburos de wolframio del tipo M6C (fishbone), M2C y MC (esferoidales) y a la martensita. La microestructura es muy similar tanto en la zona superficial como transversal del recubrimiento. Los principales mecanismos que acontecerían durante los ensayos de desgaste son el micro-pulido y la micro-fisuración de los componentes del recubrimiento. Si consideramos la alta dureza de los carburos de W y la martensita, un mayor desgaste en este recubrimiento podría ser ocasionado por la micro- fisuración de la martensita y probablemente también de los carburos de W que generan su desprendimiento desde el recubrimiento. En el caso del recubrimiento P-2836 su menor dureza se debería a la presencia de austenita. La figura 3.15 muestra las micrografías ópticas del recubrimiento P-2836 tomadas en la zona superficial y transversal al recubrimiento, donde se observa los carburos primarios M7C3, con una morfología tipo varillas, orientadas perpendiculares a la superficie de desgaste. Estos precipitados estuvieron en una matriz de
austenita. Esta orientación de los precipitados probablemente contribuye a un menor desgaste del recubrimiento (menor pérdida en volumen). Durante el ensayo de desgaste la presencia de austenita con mayor tenacidad podría disminuir el micro-fisuramiento y desprendimiento de los carburos. Asimismo, estudios muestran que la presencia de Nb en recubrimientos Fe-Cr-C genera la precipitación fina esferoidal de NbC en el recubrimiento mejorando su resistencia al desgaste (He-Xing et al., 1993).
Figura 3.25. Microestructura típica del recubrimiento P-299 obtenida mediante microscopia óptica, de la sección superficial y transversal del recubrimiento. (1) Precipitados M6C con morfología fishbone. (2) Regiones austeníticas. (3) Martensita y (4) precipitados esferoidales (MC y M2C alto W). Atacado con nital 2%.
CAPITULO IV
4. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
4.1.Conclusiones
Mediante el proceso de soldadura FCAW con dos alambres tubulares comerciales Postalloy 299-SPL y Postalloy 2836-SPL, se obtuvieron dos tipos de recubrimientos duros Fe-W (P-299) y Fe-Cr-Mo-Nb-V-W (P-2836). La microestructura de los recubrimientos fueron caracterizados mediante microscopia óptica, microscopia electrónica de barrido y difracción de rayos X; y la resistencia al desgaste abrasivo de estos recubrimientos fueron evaluados mediante la norma ASTM G65. Las siguientes conclusiones fueron obtenidas.
1. El recubrimiento duro P-299 estuvo constituida por una microestructura compuesta por precipitados alto en W, martensita y austenita en menor proporción. Los precipitados alto en W presentaron dos tipos de morfologías (a) tipo fishbone, (Fe,W)6C y (b) esféricas (Fe,W)2C y (Fe,W)C.
2. El recubrimiento duro P-2836 estuvo constituida por una microestructura compuesta por diferentes tipos de precipitados en una matriz austenítica. Los tipos de precipitados y morfologías fueron: (a) precipitados alto en Cr-V, (Cr-Fe-V)7C3 con una morfología de varillas hexagonales, (b) precipitados alto en Mo-Cr-W, (Mo-Fe-Cr-W)7C3 con una morfología dendrítica, y (c) precipitados alto en Nb-Ti-V, (Nb,Ti,V)C, con una morfología esférica.
3. El recubrimiento duro P-299 presentó la más alta dureza, 721.3 HV(5) probablemente por la presencia de los precipitados alto en W y martensita que se encontraron en mayor proporción en su microestructura. La dureza del recubrimiento duro P-2836 fue de 623.8 HV(5), cuya menor dureza se debería a la presencia de una matriz austenítica.
4. La resistencia al desgaste fue ligeramente mayor en el recubrimiento P-2836 (7.079 mm3) respecto al recubrimiento P-299 (7.891 mm3). Esto podría ser debido a la microestructura de ambos recubrimientos. El recubrimiento P-2836 presentó los carburos primarios (Cr-Fe- V)7C3, con la morfología tipo varillas hexagonales orientadas perpendicularmente a la superficie de desgaste; estos precipitados estuvieron en una matriz austenítica con mayor tenacidad que podría disminuir su micro-fisuramiento y desprendimiento. En el caso del recubrimiento P-299, su microestructura superficial y transversal a la superficie de desgaste,
fue muy similar; y estuvo compuesta por fases muy duras constituida por los precipitados alto en W y la martensita, por lo que esto podría ocasionar la micro-fisuración de estas fases con su posterior desprendimiento.
5. No se observó una correlación entre la dureza del recubrimiento y su resistencia al desgaste.
4.2.Recomendaciones
Existen muchos recubrimientos duros comerciales utilizados en nuestra región donde las mismas empresas suministradoras desconocen sus propiedades de resistencia al desgaste y menor aún sus características microestructurales. Asimismo, los parámetros operacionales del proceso de soldadura influyen en la microestructura del recubrimiento y por consiguiente en su resistencia al desgaste.
Bajo estas consideraciones se recomienda continuar con la evaluación del comportamiento al desgaste de diferentes depósitos de revestimiento duro aleados obtenidos mediante el proceso de soldadura FCAW, considerando las microestructuras resultantes como base para el análisis. Asimismo, obtener aleaciones no comerciales, mediante una técnica "in situ" con la adición de alambres sólidos durante el proceso FCAW, que permita evaluar el efecto del uso de alambres tubulares comerciales junto con diferentes alambres sólidos en los depósitos de revestimiento, evaluando el efecto de estas combinaciones en la resistencia al desgaste.
Referencias bibliográficas
Avery H.S., "The Measurement of Wear Resistance," Case Report 340-10, Dept. Report 9-AE- 134, American Brake Shoe Company, 1961
Bálsamo P.S.S., Scotti A., Mello J.D.B. (1995). Microstructure interpretation of a hardfacing layer deposited by welding by use of the diagram Fe-Cr-C líquidus surfaces. Revista Soldadura. 25(4), pp. 199-207.
Blickensderfer R., Madsen B.W., and Tylczak J.H., Comparison of Several Types of Abrasive Wear Tests, Proceedings of the International Conference on Wear of Materials, American Society of Mechanical Engineers, 1985, p 313
Buchanan V.E., McCartney D.G., Shipway P.H. (2008). A comparison of the abrasive wear behavior of iron-chromium based hardfaced coatings deposited by SMAW and electric arc spraying. Wear, 264, pp. 542-549
Çetinkaya C. (2006). An investigation of the wear behaviors of white cast irons under different compositions. Materials & Design, 27(6), pp. 437-445.
Chatterjee S., Pal T.K., (2006). Solid particle erosion behavior of hardfacing deposits on cast iron—influence of deposit microstructure and erodent particles. Wear, 261(10), pp. 1069- 1079.
Chung R.J., Tang X, Li D.Y., Hinckley B., Dolman K., (2013). Microstructure refinement of hypereutectic high Cr cast irons using hard carbide-forming elements for improved wear resistance. Wear, 301(1-2), pp. 695-706.
Chung R.J., Tang X., Li D.Y., Hinckley B., Dolman K., (2013). Microstructure refinement of hypereutectic high Cr cast irons using hard carbide-forming elements for improved wear resistance, Wear, 301(1-2), pp. 695-706.
Diez F. y Goyos L. (2005). Proposición de Proposición de dos aleaciones fundidas para su estudio en la construcción de martillos de molinos desmeduladores de bagazo, Ingeniería Mecánica, 8 (2), pp. 35-41.
Filipovic M., Kamberovic Z., Korac M., Gavrilovski M. Microstructure and mechanical properties of Fe–Cr–C–Nb white cast irons. Materials & Design. 2013;47:41-48.
Garcia D.B.C., Ferraresi V.A. (2011). Influence of welding technique and the type of filler metal in the wear resistance of hardfacing weld deposits. In: Associação Brasileira de Ciências Mecânicas. Proceedings of the 21st Brazilian Congress of Mechanical Engineering – COBEM, 2011 October; Natal, Brazil. Rio de Janeiro: ABCM; 2011. p. 1-8.
Garner H.A., Dry Sand/Rubber Wheel Abrasion Wear Testing of the Carpenter Matched Tool and Die Steels, J. Am. Soc. Lubr. Eng., June 1982, p 359-364
Gutiérrez, J. y León, L. (2004). Evaluación de la resistencia al desgaste abrasivo en recubrimientos duros para aplicaciones en la industria minera, Scientia et Technica, 10 (25), pp. 149 – 154.
He-Xing C.H., Zhe-Chuan C., Jin-Cai L., Huai-Tao L. Effect of niobium on wear resistance of 15%Cr white cast iron. Wear. 1993;166(2):197-201.
Kato K., Wear Mode Transitions, Scripta Metall., Vol 24, 1990, p 815-820
Khrushchov M.M. and Babichev M.A., An Investigation of the Wear of Metals and Alloys by Rubbing on an Adhesive Surface, Friction and Wear in Machinery, Vol 12, 1958, p 1-13 León, L. Gutiérrez, J. y Toro, A. (2004). Relación entre la microestructura y la resistencia al desgaste de recubrimientos duros ricos en cromo y tungsteno aplicados por soldadura eléctrica, Dyna, 71 (144), pp. 165 – 171.
Luddey, J. y Trujillo, G. (2007). Recuperación de piezas desgastadas con recubrimientos protectores, Scientia et Technica, 13 (37), pp. 199 – 204.
Maciel E., Magalhães E., Santos T., Rocha D., Ferreira E. (2011). Theoretical and practical study on the economical characteristics of the FCAW process with cold wire. In: Associação Brasileira de Soldagem. Anais do 37° Congresso Nacional de Soldagem; 2011 Outubro; Natal, Brazil. São Paulo: ABS; 2011. p. 1-10.
Mendez P.F., Barnes N., Bell K., Borle S.D., Gajapathi S.S., Guest S.D., et al. (2014). Welding processes for wear resistant overlays. Journal of Manufacturing Processes, 16(1), pp. 4- 25.
Metals Handbook, Vol. 8, Metallography and Phase Diagrams, American Society for Metals, Metals Park, OH, 8th edn., 1973, p. 402.
Richardson R.C.D., The Maximum Hardness of Strained Surfaces and the Abrasive Wear of Metals and Alloys, Wear, Vol 10, 1967, p 353-382
Soemantri S., McGee A.C., and Finnie I., Some Aspects of Abrasive Wear at Elevated Temperatures, Proceedings of the International Conference on Wear of Materials, American Society of Mechanical Engineers, 1985, p 338
Standard Terminology Relating to Wear and Erosion, Annual Book of Standards, Vol 03.02, ASTM, 1987,p. 243-250
Sundararajan G. A New Model for Two-Body Abrasive Wear Based on the Localization of Plastic Deformation, Wear, Vol 117, 1987, p 1-35
Svensson L. E., Gretoft B., Ulander B. and Bhadeshia H. K. D. H., J. Mater Sci., 21 (1986) 1015-1019.
Tang X.H., Chung R., Pang C.J., Li D.Y., Hinckley B., Dolman K. (2011). Microstructure of high (45 wt. %) chromium cast irons and their resistances to wear and corrosion. Wear, 271(9-10), pp. 1426-1431.
Wang Q., Li X. Effects of Nb, V, and W on microstructure and abrasion resistance of Fe-Cr-C hardfacing alloys. Welding Journal, USA. 2010;89:133-139.
Yuan-Ching Lin, Shi-Wei Wang, Yu-Chang Lin. Analysis of microstructure and wear performance of WC–Ti clad layers on steel, produced by gas tungsten arc welding. Surface & Coatings Technology 200 (2005) 2106 – 2113.
Zhong L., Zhang X., Chen S., Xu Y., Wu H., Wang J. Fe–W–C thermodynamics and in situ preparation of tungsten carbide-reinforced iron-based surface composites by solid-phase diffusion. Int. Journal of Refractory Metals and Hard Materials 57 (2016) 42–49
Zhou Y., Yang Y.L., Li D., Yang Q-X. (2012). Effect of titanium content on microstructure and wear resistance of Fe-Cr-C hardfacing layers. Welding Journal, 91, pp. 229-235.
Zhou Y, Yang YL, Li D., Yang Q-X. Effect of titanium content on microstructure and wear resistance of Fe-Cr-C hardfacing layers. Welding Journal. 2012;91:229-235.