Tratamientos térmicos globales y superficiales idóneos para optimizar el comportamiento en servicio de las estampas de acero H13 utilizadas en la forja de cigüeñales

Abstract

El fallo de las estampas de forja de cigüeñales se debe a la combinación de tres mecanismos principalmente: desgaste y fatigas térmica y mecánica. Con el fin de incrementar la vida de las estampas, resulta esencial la adecuada selección de los tratamientos térmicos globales y superficiales aplicados. La caracterización mecánica y los análisis microestructural y de la tensión residual de cuatro tratamientos térmicos globales han revelado que la secuencia de temple en aceite, criogenización y triple revenido es la idónea, por cuanto ha incrementado la tenacidad a fractura, manteniendo el resto de propiedades mecánicas. Se ha demostrado que el uso de una mayor velocidad de temple y la aplicación de una etapa criogénica son beneficiosos en los aceros de herramientas, obteniéndose una distribución de carburos más homogénea en una matriz con menor contenido en carbono. Además, la criogenización ha reducido la austenita retenida, aunque después del triple revenido, el contenido de ésta fue similar en todos los casos. Por otro lado, se han caracterizado cuatro tratamientos superficiales: dos tratamientos termoquímicos (nitrocarburación y nitroxidación) y dos mecánicos de shot peening (10A y 12A). Todos ellos han generado campos de tensiones residuales de compresión y endurecido superficialmente el material base, aunque se han evidenciado grandes diferencias entre los dos grupos de tratamientos aplicados. Los tratamientos superficiales se han evaluado ante acciones de desgaste, bajo condiciones de temperatura ambiente y alta temperatura, reportándose un excelente comportamiento de los tratamientos termoquímicos en virtud del endurecimiento superficial y las características tribológicas específicas de las superficies generadas. Adicionalmente, los tratamientos termoquímicos han soportado mejor las condiciones de servicio simuladas, dando lugar a una relajación de tensiones residuales escalonada y a un ablandamiento térmico parcial. Por su parte, los tratamientos de shot peening han mostrado un mejor comportamiento a oxidación. En última instancia, de cara a la aplicación industrial de estos tratamientos y aunque se estima que los resultados obtenidos tienen una aplicación directa, se considera necesario que la empresa colaboradora realice pruebas en el taller de forja para trasladar con la fiabilidad requerida los resultados obtenidos en laboratorio.