Volumen II - SAM

Muestra Fase
T400N
T670N
4. DISCUSION
Tabla 1: Resumen de los resultados obtenidos en los estudios
microestructurales de las probetas T400N y T670N.
Parámetro de celda [nm] (varianza)
a c
ε-Fe2-3N 0.2700 (0.0029) 0.4380 (0.0029)
γ´-Fe4N 0.3790 (0.0013) ---
Feα´ 0.2851 (0.0015) 0.3054 (0.0012)
CrN 0.4140 (0.0023) --ε-Fe2-3N
0.2700 (0.0045) 0.4380 (0.0052)
γ´-Fe4N 0.3790 (0.0018) ---
Feα´ 0.2833 (0.0027) 0.2938 (0.0051)
CrN 0.4140 (0.0036) ---
Máxima
Microdureza
Vickers
Espesor de
capa
nitrurada
[μm]
Máxima
concentración
de N [wt%]
1228 20 3.09
1320 50 2.49
Los estudios de EDS efectuados en la capa nitrurada de muestras T400N, indican una mayor concentración
de N que en las muestras T670N (Tabla 1); esto se traduce en un incremento en el tamaño de la celda de la
fase Feα´ con respecto a la muestra T670N. En este sentido, el análisis del patrón de difracción de la muestra
T400N permite establecer una distorsión unidireccional de la fase Feα´, con un incremento en la relación c/a
del 4.5 % respecto de la muestra T670N. Estos resultados fueron corroborados mediante la técnica de
difracción de área selecta con TEM e implican una reducción del 3.17 % de la celda de la fase Feα´ de
muestra T670N, respecto de la misma fase en T400N.
Los resultados de los perfiles de concentración de Fe, Cr y N son consistentes con mediciones efectuadas
por Y. Sun y T. Bell [8] y P. Van Wiggen et al [9] en aceros de baja aleación. Sin embargo, difieren
notablemente con la concentración de N medida con Auger Electron Spectroscopy (AES) en acero AISI 420
reportada por I. Alphonsa et al [1], quien midió cuatro veces más cantidad de nitrógeno con parámetros de
tratamiento de nitrurado iónico similares a los del presente estudio.
Las mediciones de microdureza en la muestra T400N, indican un incremento máximo de 2.27 respecto del
sustrato (540 HV20). En T670N en cambio (340 HV20 en el sustrato), el aumento de dureza alcanza un factor
de 4.0.
Entre los resultados de microanálisis (EDS) y los de microdureza, se aprecia una diferencia en cuanto al
espesor de la capa nitrurada. Esto podría originarse en que el umbral mínimo de concentración de nitrógeno
para la técnica EDS es del orden del 0.5 wt%.
El interesante trabajo realizado por Y. Sun y T. Bell [8] en 1991, sobre acero de baja aleación En40B,
permite justificar varias características diferenciadoras entre las muestras T400N y T670N del presente
estudio. Por un lado, el desarrollo de una capa nitrurada es un proceso controlado por difusión y el
coeficiente de difusión del nitrógeno se reduce, cuando se incrementa el contenido de carbono en el sustrato.
Durante el proceso de nitrurado, el sobre-revenido causa no sólo la reducción de la dureza del sustrato, sino
que también genera una redistribución del Cr y del C en el sustrato, con una influencia significativa sobre el
desarrollo de la capa nitrurada. Además, Sun y Bell señalan que el contenido de C tiene una significativa
influencia sobre la relación de las fases ε:γ´, dado que γ´-Fe4N tiene un límite de solubilidad de 0.2 %wt para
C, mientras que en la fase ε-Fe2-3N es del 3.6 %wt. Por lo tanto, el C facilita la formación de ε-Fe2-3N en la
capa de compuestos, que de acuerdo al difractograma, es la fase predominante en la capa nitrurada de la
muestra T400N (Figura 4). Por el contrario, los estudios de XRD de la muestra T670N (Figura 9) indican
que no hay una fase predominante, sino que se aprecia una relación ε : γ´ próxima a la unidad.
Por otro lado, el crecimiento de dureza en las capas nitruradas está directamente asociado con la captación
del nitrógeno y precipitación de nitruros, es decir, la mayoría de átomos de nitrógeno se combina con Cr
para formar CrN, que es la principal causa del efecto de endurecimiento inducido por nitruración. Esto
podría ser el origen de la diferencia de dureza de la capa nitrurada entre muestras con distinto revenido, dado
que en el difractograma del material T670N se aprecian varias reflexiones de CrN, que no se observaron en
estudios de XRD de T400N (si bien podrían estar solapadas). También explicaría la presencia del escalón en
el decrecimiento en la microdureza en la muestra T670N que se corresponde con una meseta de ~20 μm en
el espectro EDS del contenido de nitrógeno.
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