Volumen II - SAM

Congreso SAM/CONAMET 2009 Buenos Aires, 19 al 23 de Octubre de 2009
RECUBRIMIENTOS PVD DE BAJA TEMPERATURA SOBRE ADI
D.A. Colombo (1) , M.D. Echeverría (1) , J.M. Massone (2) y O.J. Moncada (1,2)
(1) Grupo Tecnología Mecánica
(2) División Metalurgia INTEMA
Facultad de Ingeniería – Universidad Nacional de Mar del Plata
J.B. Justo 4302, (B7608FDQ) Mar del Plata, Argentina
E-mail (autor de contacto): diegocolombo@fi.mdp.edu.ar
RESUMEN
El uso de recubrimientos PVD registra escasos antecedentes sobre fundiciones esferoidales (FE), en
contraste con la potencialidad planteada por el creciente uso de estos materiales, en especial las FE
austemperadas (ADI) como sustituto de aceros de alta resistencia tratados térmicamente.
En este trabajo se efectúan recubrimientos PVD de TiN en un reactor industrial a una temperatura de 300ºC
sobre muestras de ADI de distintos conteos nodulares, austemperadas a 280 y 360ºC. Se determinan fases
presentes, espesor, dureza, rugosidad superficial y adherencia de los recubrimientos depositados sobre cada
sustrato. Se evalúan los posibles cambios de la microestructura de ADI por efecto del proceso PVD.
Los recubrimientos PVD de TiN sobre ADI en condiciones de proceso específicamente seleccionadas,
mostraron características de espesor, dureza y rugosidad aceptables sin producir deterioro de la
microestructura ausferrítica. La adherencia de los recubrimientos es de buena calidad para todos los
sustratos, mejora para los de menor conteo nodular y mayor rugosidad, y no es afectada por la diferencia de
dureza entre los grados de ADI aquí estudiados.
Palabras clave: ADI; Recubrimientos PVD; TiN; Adherencia; Rugosidad.
1. INTRODUCCION
La fundición esferoidal austemperada (ADI) en sus diferentes grados (1 a 5, norma ASTM 897-90), es un
material de aplicación creciente para la construcción de piezas de máquinas, merced al amplio rango de sus
propiedades mecánicas. Presenta ventajas frente a los aceros de alta resistencia tratados térmicamente por su
menor costo y peso, mayor flexibilidad en el diseño de piezas, buen comportamiento a la fatiga, y
comparables resistencias a la tracción y al desgaste.
Los últimos avances de la tecnología de la fundición permiten obtener piezas coladas de espesor menor a
5mm. La mayor velocidad de enfriamiento respecto a los espesores convencionales, conduce a un marcado
aumento del conteo nodular y refinamiento de la microestructura, que mejoran las propiedades mecánicas.
Es sabido que el comportamiento tribológico de una pieza depende fuertemente de las propiedades y
características de la superficie, principalmente dureza, rugosidad superficial, coeficiente de fricción y
tensiones residuales, todas mejorables mediante tratamientos superficiales.
La aplicación de recubrimientos duros en capas muy delgadas por Deposición Física de Vapores (PVD) es
un medio efectivo para mejorar las propiedades de superficie de piezas tratadas térmicamente. La
relativamente baja temperatura del proceso PVD (250 a 500ºC), respecto a otros tratamientos superficiales,
propicia su empleo sobre piezas de ADI. Varios investigadores efectuaron estudios sobre ADI, de conteo
nodular convencional y temperatura de austemperado 360ºC, con diferentes recubrimientos depositados por
PVD. La aplicación de recubrimientos de TiN, CrN, DLC (diamond-like carbon) y otros, produjo mejoras de
las propiedades mecánicas y la resistencia a la corrosión. En todos los casos se utilizaron temperaturas de
proceso de hasta 300ºC y no se observó deterioro de la microestructura del sustrato [1-3].
Desde el punto de vista funcional, la adherencia de un recubrimiento es su propiedad más relevante y se
refiere a su capacidad de permanecer unido al sustrato en condiciones de servicio. Las fallas de la unión
recubrimiento-sustrato pueden resultar tanto por falta de adherencia a nivel interfacial como por fallas
cohesivas (fisuración) del material del recubrimiento o del sustrato por el efecto de fuerzas externas. La
adherencia depende principalmente de las condiciones de limpieza del sustrato previas a la deposición, de su
rugosidad superficial, de las propiedades mecánicas de los materiales de sustrato y recubrimiento, y del
espesor del propio recubrimiento [4].
En este trabajo se efectúan recubrimientos PVD de TiN en un reactor industrial a una temperatura de 300ºC
sobre muestras de ADI con distintos conteos nodulares, austemperadas a 280 y 360ºC. Se determinan las
fases presentes, espesor, dureza, rugosidad superficial y adherencia de los recubrimientos. Mediante
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