Research into boride layers growth kinetics on C45 carbon steel

Investigación de la cinética de crecimiento de las capas de boruro en el acero al carbono C45

Este estudio se centra en la evaluación de los boruros formados en el acero C45. La boronización en paquete se lleva a cabo a un intervalo de temperatura de 870 - 970 °C en duraciones de 4 a 8 h. Los valores del factor de frecuencia (4,51*10^-4 m2*s^-1) y la energía de activación (199,63 kJ-mol^-1) se determinan mediante la ecuación de Arrhenius. También se realizan análisis para evaluar el cambio en la proporción de volumen de la fase de boruro y la microdureza superficial en la sección transversal de la capa. Los resultados indican que los cambios en la sección transversal de la proporción de volumen de la fase de boruro dependen de la temperatura y la duración de la boronización. Además, se ha obtenido una expresión empírica que muestra la relación funcional entre ellos.

INTRODUCCIÓN

El boronizado es un tratamiento de termo-difusión que se lleva a cabo para mejorar las propiedades superficiales de las piezas tratadas. La capa superficial obtenida es extremadamente dura y mejora la resistencia al desgaste abrasivo y adhesivo, la corrosión en ácidos débiles no oxidantes, álcalis y metales fundidos [1].  El boronizado de los aceros al carbono suele realizarse a temperaturas de 800 - 1 050 ºC y con duraciones de tratamiento de 1 a 12 h. La capa obtenida puede consistir en una fase (Fe₂ B) o puede ser bifásica (FeB + Fe₂B). Aunque el FeB es más duro (1 800 - 2 100 HV) que el Fe₂B (1 400 - 1 600 HV), no es deseable debido a su fragilidad [2 - 5]. El objetivo principal del presente estudio es investigar la cinética de boronización en el acero C45, así como los cambios transversales de la proporción de volumen de la fase de boruro y la dureza de las capas obtenidas.

INVESTIGACIONES EXPERIMENTALES

En el estudio presentado se utiliza el acero al carbono C45. La boronización en paquete se realiza en agente sólido Durborid 3 a 870, 920 y 970 ºC, durante 4, 6 y 8 h. De acuerdo con los parámetros seleccionados, se define un diseño factorial 32 con 3 repeticiones de cada caso, y se cortan 27 probetas de dimensiones Ø 16 x 7 mm. Tras la boronización, todas las probetas se cortan longitudinalmente en sección transversal y se preparan para los exámenes metalográficos (esmerilado con papel de lija de hasta 1 000 granos, pulido con alúmina y grabado con nital al 3 %).

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

Espesor de la capa de boruro

Los boruros formados en la superficie del acero son compactos y presentan una morfología característica de dientes de sierra (Figura 1). Los espesores medios de las capas de boruro se determinan por el método de la línea metalográfica (Tabla 1).