Mejora del comportamiento a fatiga del acero AISI 4340 mediante la combinación de tratamientos superficiales

Abstract

Los tratamientos de shot peening simples que mejor comportamiento a fatiga han conferido al acero AISI 4340 templado y revenido a 200ºC, fueron los realizados con bolas de acero con una intensidad Almen de 14A. Con los tratamientos de mayor intensidad, como 19A, se logra obtener un perfil de tensiones residuales más profundo, pero no se obtiene un comportamiento a fatiga mejor, ya que es un tratamiento demasiado agresivo, que deteriora la superficie del material, generando pequeñas grietas superficiales. En esta tesis se pretendió mejorar esa superficie deteriorada, eliminar los defectos inducidos y disminuir la rugosidad, aplicando para ello segundos tratamientos superficiales de vibración, granallado de corindón y shot peening de baja intensidad, con el fin de alterar lo menos posible el perfil de tensiones residuales de compresión generado en el tratamiento previo. El objetivo final era determinar las características del acabado más adecuado para alargar la vida a fatiga del acero objeto de estudio. La caracterización y estudio del efecto de estos segundos tratamientos sobre el material previamente tratado con shot peening 19A, dio lugar al conocimiento de que todos los tratamientos de acabado que eliminan o mejoran la región más superficial dañada suponen siempre una mejora notable del comportamiento a fatiga del acero, definiéndose unos parámetros concretos óptimos respecto al comportamiento a fatiga para cada uno de estos segundos tratamientos, en los cuales la rotura de la probeta siempre tenía un inicio subsuperficial. En estos casos el origen de la grieta de fatiga tenía lugar a consecuencia de la concentración de la tensión motivada por la existencia de una pequeña inclusión, normalmente de alúmina. En este sentido el tratamiento más adecuado y eficaz es el de un tratamiento de shot peening de 19A seguido de un granallado con polvo fino de corindón aplicado durante 30s. Se ha demostrado igualmente el excelente comportamiento a fatiga que se confiere cuando se aplica un tratamiento simple de shot peening de intensidad 8A, utilizando bolas cerámicas de circona, lo que se ha justificado en virtud de la morfología perfectamente esférica de estos proyectiles. También se ha demostrado mediante el estudio de las roturas subsuperficiales obtenidas con los dobles tratamientos que resultaría posible aumentar el límite de fatiga del acero bajo cargas de flexión tras la aplicación de tratamientos superficiales que eviten el inicio superficial de las grietas actuando en la elaboración del acero, asegurando una buena limpieza del caldo que disminuya el número y el tamaño de las inclusiones presentes en su microestructura final.