Muestras de acero inoxidable 304 se nitruraron durante 30 min y 40 min, respectivamente, a una temperatura de 400° C en una cámara empleando el método de descarga incandescente. Se utilizó una fuente de corriente directa pulsada, a 400V y 100Hz, y un ambiente gaseoso con una relación de N2/H2 de 1:4. Cuando el periodo de nitruración fue de 30 minutos, se obtuvo sólo una fase de austenita expandida (fase-S) en la superficie modificada. Para un tiempo de nitruración de 40 minutos se observó, además de la austenita expandida, la presencia de los compuestos de Fe4N y CrN incipientes en la zona más externa de la superficie. Se examinó la profundidad de nitruración empleando técnicas de microscopía electrónica de barrido (MEB). Tanto los ensayos para determinar la microdureza de las superficies nitruradas, así como los estudios realizados por MEB revelaron la presencia de una misma profundidad de nitruración (~24 µm) que resultó ser la misma para los dos tiempos de nitruración. Se determinó que la dureza de la fase-S, alrededor de 1500 HK0,025, es 5 veces mayor a la del acero sin nitrurar. Se midió el comportamiento ante el desgaste y las características de fricción de las superficies obtenidas mediante el ensayo de desgaste deslizante bajo la configuración bola-sobre-disco a temperatura ambiente y sin lubricación, usando bolas de alúmina de 6 mm de diámetro. Se empleó una velocidad de 0,1m.s-1, una carga de 5N y una distancia de deslizamiento de 1 km. Se encontró un coeficiente de fricción promedio de 0.7 para los pares tribológicos acero nitrurado/bola de alumina, identificándose un mecanismo de desgaste abrasivo en todos los casos. La determinación de los volúmenes de desgaste indica una mejora de casi 4600% en la resistencia al desgaste del material nitrurado comparado con el acero sin nitrurar. Los resultados se han explicado tomando en consideración los cambios microestructurales que tiene lugar durante el proceso de nitruración iónica.
Samples of AISI 304 stainless steel were nitrided during 30 and 40 minutes at a temperature of 400º C in a chamber, employing the incandescent discharge method. A pulsed DC source was employed, with 400 V and 100Hz, and a gaseous environment with a 1:4 N2-H2 ratio. For the plasma nitriding time of 30 min, a single phase of expanded austenite (S-phase) was obtained in the modified surface. For 40 min of exposure time, the presence of incipient Fe4N and CrN compounds in the more external zone of the surface was also observed. Using Scanning Electron Microscopy (SEM), the depth of the nitrided zone was examined. Both the microhardness tests on the nitrided surface and the SEM studies showed the same nitriding depth, ~24 µm, also the same for the two nitriding times. It was determined that the hardness for the S-phase, around 1500 HK0,025, is five times greater that the one for the steel without nitriding. Both the wear behavior and the friction features of the modified surfaces were studied by sliding wear tests under pin-on-disk configuration, at room temperature without lubrication, using AISI 52100 steel and alumina balls, respectively, as static counterparts. The balls used are of 6 mm in diameter. As additional parameters for the test, velocity of 0,1m.s-1, load of 5N and sliding distance of 1000 m were chosen. Using the AISI 52100 steel, the wear behavior mainly presents a combination of abrasion, adhesion and oxidation mechanisms, achieving a friction coefficient (µ) of 0.55 for all the tribological pairs. With alumina balls, only an abrasive wear mechanism for all the pairs was observed, and the respective friction coefficient was slightly greater than the first case, and equal to 0.6. For all the sliding wear tests, it is shown that the nitriding process improves the wear resistance of the stainless steel, because there is no significant difference between the loss in volume for each nitriding time.