COMPORTAMIENTO TRIBOLÓGICO DE ACERO INOXIDABLE DUPLEX 2507 TRATADO CON LASER SHOCK PROCESSING

DIB, J.; STRUBBIA, R.; HEREÑÚ, S.

Congreso; SAM CONAMET 2022; 2022

Los aceros inoxidables dúplex (DSS) poseen una microestructura bifásica de austenita y ferrita. Combinan alta resistencia mecánica con buena resistencia a la corrosión y son cada vez más utilizados en variadas industrias [1]. Algunas de sus aplicaciones incluyen contactos deslizantes donde se requiere una buena resistencia al desgaste. Para alcanzar estos requerimientos se están implementando innovadores tratamientos superficiales como el tratamiento por impactos laser o laser shock peening (LSP). Éste consiste en pulsos laser de alta intensidad y corta duración que impactan en la superficie del material. El material rápidamente alcanza temperaturas muy elevadas y se vaporiza. Posteriormente, el vapor se transforma en plasma por ionización de los átomos. La expansión del plasma genera una onda de presión que se propaga en el material. Debido a la alta temperatura que el plasma alcanza en la superficie, también ocurre transferencia de calor que produce ablación y fusión de una capa de 1 a 100 μm, dependiendo de la aleación. Aunque puede utilizarse un revestimiento absorbente sobre la superficie para protegerla de los efectos térmicos [2], las partes a tratar no siempre son accesibles para aplicar una capa ablativa o su uso en una configuración industrial es costoso. Por lo tanto, se está investigando ampliamente el LSP sin recubrimiento protector (LSPwC) [3]. Los efectos térmicos del LSPwC en la superficie pueden provocar cambios microestructurales, óxidos y capas fundidas, aumentar la rugosidad e inducir tensiones residuales (TR) de tracción [4]. En las zonas cercanas a la superficie tanto el LSP como LSPwC generan TR de compresión y causan endurecimiento, posibilitando el aumento de la resistencia al desgaste [5,6]. Con el objetivo de mejorar el desempeño de los DSS en sistemas tribológicos es importante estudiar los fenómenos tribológicos que ocurren en contactos deslizantes cuando estos tratamientos son aplicados. Las curvas de coeficiente de fricción (COF) en función de la distancia deslizada permiten adquirir información valiosa para comprender dichos fenómenos.El material estudiado en este trabajo es una placa laminada de DSS 2507, en condición de recepción (AR) y con tratamiento de LSPwC. La microestructura fue caracterizada mediante microscopía electrónica de transmisión (TEM) y por difracción de rayos X (DRX). Se midió la rugosidad en la superficie, el perfil de microdureza Vickers a lo largo de la sección transversal del material y las tensiones residuales (TR) mediante el método de agujero ciego (hole drilling). Se realizaron ensayos tribológicos con configuración ball-on-disk (bola sobre disco) a temperatura ambiente, sin lubricante, a velocidad constante (0,035 m/s). Se utilizó una carga de 20 N, siendo la contraparte una bola de alúmina de 10 mm de diámetro. Los ensayos fueron finalizados luego de 100 y 1000 m deslizados y se obtuvieron las curvas de COF en función de la distancia deslizada. Cada uno fue repetido tres veces. El desgaste se obtuvo pesando las muestras antes y después del ensayo y se calculó el promedio de la pérdida de masa porcentual respecto a los pesos iniciales.En el material AR la caracterización microestructural mediante TEM muestra una alta densidad de dislocaciones, asociada al proceso de laminación. Luego del LSPwC no se aprecian grandes cambios en la microestructura de dislocaciones respecto al material AR. Además, la rugosidad de la muestra LSPwC (Ra=3,5 ± 0,2 μm) es similar a la de AR (Ra=3,3 ± 0,1 μm) y la microdureza no aumenta significativamente luego del tratamiento. La superficie del material LSPwC presenta óxidos de hierro, mientras que en la muestraAR no se evidencia presencia de éstos. Por último, se observa un importante aumento de las TR de compresión luego del LSPwC. La Fig. 1 muestra el comportamiento tribológico para DSS AR y LSPwC. En la Fig. 1.a) no se evidencian mayores diferencias entre las curvas de COF ni entre el desgaste para cada condición en las distancias de deslizamiento consideradas. Esto puede atribuirse a que el tratamiento LSPwC no produce cambios apreciables en la rugosidad, en la microdureza ni en la estructura de dislocaciones. Si bien se observaron TR de compresión en el material con LSPwC, no parecen ocasionar una mejora en el comportamiento tribológico. Este hecho podría explicarse por la relajación de las TR de compresión durante el ensayo [7]. A través de un análisis más detallado al inicio de las curvas de COF (Figura 1b)), se encuentra que mientras en el material AR el COF es inicialmente inestable, en el material LSPwC durante los primeros 5 m deslizados el COF es bajo y estable. Blau [8] identificó ocho formas comunes de curvas del COF. La forma de curva del COF observada para AR es denominada por este autor como ?Tipo a? y corresponde a contactos lubricados de forma no intencional en los que se rompe la película casi instantáneamente. En el material AR este comportamiento podría deberse a que la capa pasiva de óxido presente en los aceros inoxidables que actúa como lubricante. La curva del COF para LSPwC se identifica según Blau [8] como ?Tipo e?. Este comportamiento es observado cuando una película o recubrimiento lubricante es desgastada con posterior desprendimiento de debris que ocasionan una rápida transición en el COF. La capa de óxido inducida por el LSPwC actuaría como recubrimiento lubricante disminuyendo COF notablemente al inicio del ensayo. Puede concluirse que ni la capa de óxido ni las tensiones residuales de compresión inducidas por el LSPwC tienen una influencia apreciable en el comportamiento tribológico general del DSS en estudio.