Cómo aumentar la dureza del acero

Gracias al uso de un procesamiento de la superficie con láser y el reforzamiento de las capas con nanomateriales los especialistas lograron aumentar significativamente la resistencia del acero.

dureza del acero

El equipo de científicos del Centro Federal de Investigación del Centro Científico de Krasnoyarsk de la Academia Rusa de Ciencias (FIZ KSC SB RAS), la Universidad Nacional de Investigación “MEI” y el estado del automóvil de Moscú y la Universidad Técnica de Carreteras ha desarrollado una tecnología para aumentar la dureza superficial y la resistencia de productos de acero al desgaste.

Los investigadores encontraron que el tratamiento con láser y la creación de capas superficiales endurecidos de materiales nanocarbono aumentan la dureza del material modificado en más de cinco veces en comparación con el acero estándar técnico.

El refuerzo de la superficie del acero permite aumentar la resistencia y las propiedades operativas de las piezas y herramientas de la máquina que funcionan bajo cargas de desgaste y contacto. Por lo general, para cambiar las propiedades físicas o químicas del material, se utiliza la tecnología de aleación: mezclas en impurezas de acero. Este método puede mejorarse significativamente utilizando materiales de nanocarbono como fullereno, grafeno o tubos de nanocarbono y un láser de tratamiento de superficie.

De acuerdo con Dr. Sci. Tech., Jefe del Laboratorio de Métodos Analíticos para Sustancias Investigadoras del Instituto de Física, L.V. Grigoriy Churilov Kirenskogo FIC KSC SB RAS la ventaja del método de láser es la posibilidad de transferencia de energía sin contacto, rápida y estrictamente dosificada a la superficie de metal tratada.

Así, los científicos rusos probaron cómo el poder de la radiación láser afecta la dureza de la superficie y el coeficiente de fricción del hierro técnico modificado con nanocarbono.

Tratamiento del acero
Microestructura de la superficie del hierro técnico después del tratamiento con láser (en sentido horario, potencia más baja, cuadro superior izquierdo)

Como un nanomaterial, se utilizó hollín, que se obtiene mediante la producción de fulerenos en una descarga de arco con electrodos de grafito. Los investigadores registraron una dependencia no monotónica de la fuerza de la muestra en la energía de la acción del láser con un máximo en la región de 100-150 Joules por centímetro cuadrado. Esta energía es varias veces más alta que la energía de la llama del quemador de gas, necesaria para hervir 1 litro de agua.

De esa manera han logrado seleccionar tales capacidades, en las cuales la superficie del metal no se derrite y al mismo tiempo hay un aumento significativo en su resistencia. Como regla general, la dureza del material era máxima en el centro de la zona de impacto del rayo láser y disminuía hacia los bordes. La distribución no homogénea de la dureza aumentó la resistencia al desgaste de la superficie, ya que una aleación de metal formada a partir de una base blanda e inclusiones duras tenía un menor coeficiente de fricción.

Después del tratamiento con láser, la dureza del hierro recubierto con carbono nanoestructurado aumentó más de cinco veces en comparación con el acero técnico estándar. El coeficiente de fricción del material reforzado resultó ser 20-30% más bajo que el de las muestras iniciales de hierro técnico bajo condiciones de contacto seco de las superficies.

acero tratamiento

Junto con el hollín de nanocarbono, se utilizaron otros tipos de materiales de nanocarbono, como fullerenos y óxido de grafeno, para endurecer la superficie del acero. Para tratar la superficie con un revestimiento de nanocarbono, no solo se utilizó radiación láser, sino también un rayo de electrones rápidos. El efecto de endurecimiento máximo (hasta 8 veces) se observó en el caso del uso de fullerenos con el tratamiento con láser posterior, y la profundidad más grande de la capa endurecida se obtuvo como resultado del tratamiento de superficie por un haz de electrones.

“La dureza y la resistencia al desgaste de los aceros, especialmente los que contienen carbono, nitrógeno o compuestos de boro, mejoraron significativamente después del tratamiento con láser. Además, el láser no causa la deformación por calor del producto, lo que reduce el proceso de fabricación, ya que no hay necesidad de procesamiento adicional de productos metálicos” -explicó el doctor en ciencias físicas y matemáticas, investigador de la Universidad Nacional de Investigación Instituto de Ingeniería de Potencia Moscú, Alexander Eletski.

Más información : www.ksc.krasn.ru

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