Carburos de Vanadio sobre acero H13

Los resultados obtenidos muestran una mayor dureza, en promedio, para el recubrimiento de carburo de vanadio con 20% de ferroaleación y la menor dureza se presentó en el acero recubierto con carburo el 12% de ferrovanadio.

La tabla 57muestra los resultados de dureza en promedio, junto con su respectiva desviación estándar. También se dan los promedios de los resultados de Modulo de elasticidad (E) en GPa y profundidad de indentación (h) en nm. Los valores de dureza para cada uno de los recubrimientos fueron algo menores a los reportados en la bibliografía [138, 139], en la que se obtuvieron valores de dureza para el carburo de vanadio sobre acero H13, alrededor de 2300 HV.

Tabla 57. Durezas obtenidas por nanoindentación en acero H13 recubierto con VC.

En la figura 142 se muestra la curva característica de nanoindentación para los recubrimientos de carburo de vanadio sobre acero H13 tratados con TRD estudiados aquí. Esta curva de indentación corresponde a la prueba realizada sobre acero H13 recubierto con carburo de vanadio con 20% de ferroaleación. Al igual que en los recubrimientos con carburo de niobio sobre acero H13, se puede destacar el comportamiento de esta curva, la cual permite concluir que los recubrimientos de carburo de vanadio sobre acero H13 presentan también una buena ductilidad, ya que, la profundidad de la huella de indentación es mayor que para las capas obtenidas sobre acero D2.

Figura 142. Curva de indentación sobre acero H13 recubierto con carburo de vanadio con 20% de ferroaleación.

H13V8 [MPa] HV0,020 Mean 22516,47 2087,18 Std Dev 2450,55 227,16 E (Gpa) 337,34 h (nm) 248,46 H13V12 [MPa] HV0,020 Mean 22466,54 2080,65 Std Dev 2527,25 234,05 E (Gpa) 331,09 h (nm) 231,48 H13V16 [MPa] HV0,020 Mean 23985,60 2223,37 Std Dev 1670,92 116,40 E (Gpa) 349,31 h (nm) 225,59 H13V20 [MPa] HV0,020 Mean 24668,66 2284,59 Std Dev 326,89 30,27 E (Gpa) 372,72 h (nm) 220,06

La figura 143 muestra la relación de la dureza Vickers con respecto al porcentaje de ferroaleación usada al recubrir acero AISI H13 con carburo de vanadio por el proceso TRD.

8 10 12 14 16 18 20 1500 1600 1700 1800 1900 2000 2100 2200 2300 DUREZA VICKERS H13-V DUREZ A HV 0, 0 2 0 FERROALEACION (%)  

FIGURA 143. Nanodureza Vickers en acero H13 recubierto con VC.

Los resultados de análisis de varianza (tabla 58 anexo D) muestran que no existen diferencias significativas entre las durezas obtenidas respecto al porcentaje de ferroaleación de cada recubrimiento de carburo de vanadio sobre acero H13, pues se observa un valor de probabilidad mayor a 0,05 permitido en el análisis experimental para aceptar la hipótesis nula. Estos resultados concuerdan con los análisis microestructurales, de adhesión y de resistencia a la corrosión de las capas, ya que, en general se observaban recubrimientos con altos índices de porosidad y poco homogéneos. El efecto de inclusiones en estos porcentajes pudo también afectar el valor de adherencia y adhesión y así mismo la dureza del recubrimiento. El mejor comportamiento respecto a dichas variables lo presentó siempre el acero recubierto con 20% de ferrovanadio.

La figura 144 presenta los resultados del módulo de elasticidad (E) para cada porcentaje de ferroaleación. En estos resultados se observa una tendencia similar al comportamiento de la dureza, lo cual permite concluir que el módulo de elasticidades proporcional a la dureza en estos recubrimientos. Los resultados ascendentes respecto al porcentaje de ferroaleación, parecen deberse al aumento en la energía de deformación de las capas, lo cual se evidencia en el crecimiento del pico de difracción en la dirección (200) a medida que aumenta el porcentaje de ferroaleación [150, 152] y que, según como se explicó anteriormente, tiende a hacer más compacto al recubrimiento [140].

8 10 12 14 16 18 20 260 280 300 320 340 360 380 400 MOD.ELASTICIDAD (E) E (G Pa) FERROALEACION (%)

Para finalizar el análisis de durezas en cada uno de los recubrimientos obtenidos, se realiza un análisis de varianza respecto al porcentaje de ferroaleación y al tipo de acero y carburo utilizados.

Tabla 59. Análisis de varianza respecto al porcentaje de ferrovanadio y al acero utilizado.

0. DE VAR.  S.C.  G.L.  RESID. CUAD.  F  Probabilidad  V. CRIT. F  PORCENTAJE  244452,666  3  81484,22188 3,8527198 0,14859616  9,27662815 ACEROS  486887,263  1  486887,2632 23,0209009 0,01722754  10,1279645 Error  63449,3756  3  21149,79187

Total  794789,304  7             

En esta primera tabla se evidencia que no existen diferencias significativas en la dureza del recubrimiento, respecto al porcentaje de ferrovanadio utilizado en el proceso TRD. Sin embargo, el tipo de acero sí determina de manera significativa los resultados de dureza para estos recubrimientos de carburo de vanadio. Es decir, que en un mismo acero el porcentaje de ferroaleación no cambia de manera significativa los valores de dureza de la capa, pero si tomamos otro tipo de acero, dichos resultados se ven afectados por este cambio de sustrato. En el caso del acero H13 y del acero D2, lo que determina esta significancia, parece ser la cantidad de carbono existente en cada sustrato, lo cual establece el valor de la actividad del carbono (Ac) que a la vez influye de manera notable la solubilidad del carbono en la estructura cristalográfica del elemento formador de carburo y por ende, influye en la nucleación y crecimiento de los granos de carburo de vanadio.

A continuación se muestran los resultados de análisis de varianza para el carburo de niobio respecto al porcentaje de ferroaleación y respecto al acero utilizado.

Tabla 60. Análisis de varianza respecto al porcentaje de ferroniobio y al acero utilizado.

0. DE VAR.  S.C.  G.L.  RESID. CUAD.  F  Probabilidad  V. CRIT. F  PORCENTAJE  193302,751  3  64434,2503 0,98621297 0,50441897  9,27662815 ACEROS  47940,588  1  47940,588 0,7337655 0,45463798  10,1279645 Error  196005,079  3  65335,0262

Total  437248,418  7             

Al contrario de los recubrimientos con carburo de vanadio, en el caso del carburo de niobio no se presentan diferencias significativas respecto al porcentaje de ferroaleación ni respecto al acero usado como sustrato.

En la figura 145 se presentan los resultados generales de dureza para cada uno de los recubrimientos estudiados, respecto del porcentaje de ferroaleación utilizada en el proceso TRD. Las capas de carburo de niobio presentaron los más bajos índices de porosidad en cada acero, comparados con los del carburo de vanadio, de ahí su mayor dureza. Además, se debe tener en cuenta que el niobio presenta un parámetro de red (a) mayor que el vanadio y por lo tanto, permite que una mayor cantidad de carbono ingrese a su estructura para formar el carburo, aumentando de esta manera la dureza del recubrimiento [140]. Los

menores valores de dureza se obtuvieron en las capas de VC sobre acero AISI H13, debido a su alta heterogeneidad en espesor y densidad observada en las micrografías SEM.

8 10 12 14 16 18 20 2000 2200 2400 2600 2800 3000 3200 DUR EZ A H V 0, 0 2 0 FERRROALEACION (%) D2-V D2-Nb H13-V H13-Nb

Figura 145. Nanodureza Vickers de los recubrimientos de carburo de niobio y de vanadio sobre aceros AISI H13 y AISI D2.

Las durezas obtenidas en las capas de carburos estudiadas en este trabajo son comparables con estudios realizados en carburos de niobio y vanadio obtenidos por la técnica de Sputtering o pulverización catódica. Kan Shan et al [162] y A. Mezquita et al [163], analizaron capas de NbC obteniendo durezas y módulos de elasticidad de hasta 37GPa y 330Gpa respectivamente. Asi mismo, X. Wu et al [164], obtuvo durezas de entre 20 y 35,5 GPa dependiendo del contenido de carbono en las capas obtenidas por Sputtering. Además, E. Grigore et al [165], por medio de la misma técnica obtuvo VC, VN y VNC con durezas de 3720 HV0,05, 2970HV0,05 y 3380 HV0,05 respectivamente.