TRIBOLOGIA El término Tribología se utilizó por primera vez en Inglaterra en un informe confeccionado por P. Jost en el año 1966 este neologismo proviene de las palabras griegas “tribos” , que significa fricción, y “logos” , que significa estudio; utilizándose para designar la ciencia de las superficies friccionantes, o sea, de las superficies en contacto con movimiento relativo entre ellas .
TRIBOLOGIA
QUÉ ES TRIBOLOGÍA?
“Ciencia y tecnología de las superficies
que interactúan cuando están en movimiento relativo”, abarca el estudio de
la fricción, el desgaste y la lubricación.
Involucra diferentes ramas del conocimiento: física, química, mecánica de materiales, ingeniería de superficies, diseño de máquinas, corrosión, etc.
TRIBOLOGIA TRIBOLOGIA
SUPERFICIE
FRICCION
CONTACTO
DESGASTE
LUBRICACION
OBJETIVOS DE LA TRIBOLOGÍA Control del desgaste y la fricción. Reducción de costos de operación y mantenimiento de equipos industriales. Conocimiento de los mecanismos de deterioro del material. Modelamiento de situaciones reales para predecir el comportamiento de los materiales Mejoramiento del diseño mecánico
AMBITO DE APLICACIÓN DE LA TRIBOLOGIA Indicadores de servicio en transmisión de fuerza tales como: 1. Per Perdid dida a de pot potenc encia ia 2. Desga Desgaste ste de super superficies ficies desliza deslizantes ntes 3. Vibr ibraci ación ón y rui ruido do 4. Calen Calentamie tamientos ntos supe superficial rficiales es
AMBITO DE APLICACIÓN DE LA TRIBOLOGIA Otras aplicaciones de fácil reconocimiento: 1. Coj Cojine inetes tes de desliza deslizamie miento nto 2. Rod Rodami amient ento o de bol bolas. as. 3. Rueda –carretera y rueda carril. 4. Am Amort ortigu iguado adores res.. 5. Coj Cojine inetes tes aut autolu olubri bricad cados. os. 6. Anil Anillo lo y camisas camisas en motores motores de explo explosión. sión. 7. Cuch Cuchillas illas en inter interrupto ruptores res eléctric eléctricos. os. 8. Uni Unione oness atornil atornillad ladas. as. 9. En Engr gran anaj ajes es 10.Estampacioness de chapas. 10.Estampacione 11.Compactación en el proceso de sinterización
TRIBOLOGIA TRIBOLOGIA
SUPERFICIE
FRICCION
CONTACTO
DESGASTE
LUBRICACION
SUPERFICIES
SUPERFICIE
Indicador de la topografia topografia de la superficie.
CONSIDERACIONES SOBRE EL FENOMENO TRIBOLOGICO En una situación tribológica ocurre interacción de dos superficies sólidas en un ambiente, resultando en las dos manifestaciones siguientes: • Disipación de energía (calor liberado), como consecuencia del fenómeno de fricción. Ruido. Parámetros como el coeficiente de fricción Deben ser relacionados con un par de materiales • Durante el proceso de deslizamiento las superficies modifican sus caracteristicas basicas, ellas pueden volverse mas lizas o mas rugosas. Dinamica de las caracteristicas superficiales (rugosidad) para Aluminio 6063 0.7 250 g 1000 g
0.6
0.5 ) m0.4 ( d a d i s o 0.3 g u R
0.2
INGENIERIA DE SUPERFICIES •Tiene
como objetivo aumentar la resistencia al desgaste de las superficies, para aumentar la vida útil de los componentes. •Se requiere: Conocimiento de variables: esfuerzos, temperaturas, temperatur as, velocidades, etc. Exigencias del ambiente; Exigencias de diseño: tolerancias, etc •La selección del método es afectada por número de piezas (costos), posibilidad de control de calidad, conocimiento,, aplicación, etc conocimiento
TRIBOLOGIA TRIBOLOGIA
SUPERFICIE
FRICCION
CONTACTO
DESGASTE
LUBRICACION
CONTACTO
Determinación de esfuerzos y deformaciones generados en el contacto de superficies, perfil de superficies.
CONTACTO Geometría del contacto de superficies Esfuerzos presentes en la superficie y bajo la zona de contacto Cambio de forma de la superficie Selección de materiales Tratamientos superficiales.
TRIBOLOGIA TRIBOLOGIA
SUPERFICIE
FRICCION
CONTACTO
DESGASTE
LUBRICACION
FRICCIÓN Fn
Fuerza de fricción: Resistencia encontrada por un cuerpo en movimiento sobre otro. F depende de los materiales en contacto. Leyes de fricción: (Amontons, 1699) F es proporcional a Fn F es independiente del área aparente.
F
FRICCIÓN INCONVENIENTE
NECESARIA
Zapato-piso
Llanta-asfalto Freno carro Embragues
En transmisión de potencia
Uniones móviles
Motores de combustión
Micromecanismos.
Procesos de fabricación por corte
y deformación plástica.
Consecuencias de la fricción
OPERACIONALES Pérdidas de potencia, Generación de calor Cambios microestructurales en las superficies en contacto asociados al aumento de temperatura. Cambios de dimensión y de forma. Reducción de vida útil de los elementos de máquinas. Vibración (Stick – slip) Contaminación (ruido)
FRICCIÓN combinaciones de materiales
Material Acero contra acero (baja dureza) PTFE contra acero de herramienta. Acero inox contra acero de herramienta Carburo de W contra
Desgaste* 0,62 157x103 μ
0,18
2x103
0,53
3x102
0,35
2
TRIBOLOGIA TRIBOLOGIA
SUPERFICIE
FRICCION
CONTACTO
DESGASTE
LUBRICACION
DESGASTE Definición de desgaste Deterioro progresivo que ocurre en la superficie de un componente como resultado de su interacción con otro (s) componente (s) con el cual trabaja en movimiento relativo. Involucra pérdida de material y está siempre acompañado por la fricción.
DESGASTE
Abrasivo>50%
Adhesivo (15%)
DESGASTE EN LA INDUSTRIA Químico (5%)
Erosivo (8%)
MECANISMOS DE DESGASTE Descripción esquemática de los cuatro mecanismos de desgaste propuestos por Zum Ghar
Abrasión
Fatiga Superficial Agente Interfacial
Reacción Triboq Triboquímica uímica
SUPERFICIES DE DESGASTE
TRIBOLOGIA TRIBOLOGIA
SUPERFICIE
FRICCION
CONTACTO
DESGASTE
LUBRICACION
LUBRICACION Viscosidad. Medida de la resistencia del fluido a esfuerzos de corte. Esfuerzo de corte en un plano dentro del fluido, por unidad de gradiente de velocidad normal al plano.
0 v0
v0
A A
h
τ τ
h
LUBRICACION
Materiales en contacto seco: µ ≥ 0,5 Altas fuerzas de fricción y grandes pérdidas de energía Lubricante: material con menor resistencia al corte que las superficies mismas, reduce fuerza de fricción entre superficies. Evita el contacto, total o parcial, entre la superficies.
LUBRICACION Tipos de lubricación:
Hidrostática: Separación de las superficies por fuente de energía externa; Hidrodinámica: La separación depende de la geometría y movimiento de las superficies, combinada con la viscosidad del fluido; Elastohidrodinámica: combinación de deformación elástica de la superficie y comportamiento del fluido
TRIBOLOGIA Ciencia y tecnología de la interacción de las superficies con Movimiento relativo y practicas y temas relacionados.
SUPERFICIE
FRICCION
CONTACTO
DESGASTE
LUBRICACION
DESGASTE Tipos de daño de superficies Deformación plástica
Agrietamiento
Degradación Cambios estructurales
Desgaste
DESGASTE ¿Que problemas técnico económicos origina? La pérdida de material genera consumo de partes (dientes de excavadora, bolas de molino) La pérdida de material o de forma deteriora la función del componente (variación dimensional) Deterioro del funcionamiento: partículas generadas pueden producir abrasión o contaminación. Deterioro de la topografía del componente. Aumentan tiempos no productivos.
DESGASTE Definicion
El Desgaste ha sido definido como “ la remoción de material de una superficie sólida como resultado del contacto entre superficies con movimiento relativo” (36).
Así, tanto pérdidas por fricción como desgaste son simultáneamente el resultado de los mismos procesos de contacto tribológico que tienen lugar entre dos superficies en movimiento. Sin embargo, su interacción no es bien entendida.
DESGASTE Desgaste: desintegración de la superficie de un componente mecánico, causado por un exceso de esfuerzo en la vecindad de la superficie.
Pocas veces es catastrófico, produce pérdidas de eficiencia
Cambios dimensionales, que producen vibraciones y desalineación
Propagación de grietas, fractura
DESGASTE Aplicaciones que envuelven desgaste
DESGASTE ¿Cómo ocurre el desgaste? Muchos términos para describir los procesos de desgaste.
Características de las superficies desgastadas Modos de desgaste. Mecanismos de desgaste Fenómenos presentes y su intensidad.
Terminología complicada Modelos muy empíricos
DESGASTE ¿Cómo identificar el desgaste? Estado de la superficie Interacciones mecánicas (por ej. corte) Fenómenos físicos (trabamiento de asperezas, deformación plástica, agrietamiento) Fenómenos químicos (oxidación) Eventos o procesos (nucleación y crecimiento de grietas)
DESGASTE Clasificaciones propuestas para los procesos de desgaste: •Abrasivo, adhesivo, corrosivo, fatiga
superficial, fretting, erosivo. (Burwell and Strang) •Adhesión, delaminación, fretting,
abrasión, erosión, impacto, fatiga superficial, corrosivo, difusivo (Jahamir)
DESGASTE Adhesivo, adhesión severa, abrasión, erosión, fatiga, delaminación, corrosivo, electrocorrosivo, fretting corrosión, cavitación, descarga eléctrica y pulido. (Godfrey) Adhesión, abrasión, fatiga, corrosión u oxidación, eléctrico. (Rice) Pregunta: ¿Qué se observa en esas descripcioness del desgaste? descripcione
DESGASTE •Hay
eventos que son comunes. •Hay fenómenos físicos comunes presentes • Se observan cuatro mecanismos de
básicos de desgaste, que son de gran utilidad para distinguir los procesos de desgaste
Norma DIN 50320: Adhesión, abrasión,
Procesos de desgaste cinemática del sistema
Deslizamiento
Rodadura
Oscilante
De Impacto
Erosivo
Erosión de bajo ángulo
Erosión de alto ángulo
Erosión
Partículas +L,G
Gotas + L, G
Chorro (L, G)
Procesos de desgaste Otras clasificaciones: Zum-Gahr Desgaste por partículas duras (grooving wear) Desgaste por deslizamiento (sliding wear) Desgaste por deslizamiento y rodadura. Desgaste erosivo En cada tipo están presentes cuatro mecanismos básicos:
Adhesión Abrasión Fatiga superficial Reacción triboquímica
Procesos de desgaste Acción de partículas duras (Arañado, abrasión)
Superficies en contacto deslizante (deslizamiento).
Procesos, clasificación
Combinación de deslizamiento y rodadura.
Acción de partículas libres o fluidos (erosión.)
DESGASTE Dinámica del desgaste. La ley que define la variación de la magnitud del desgaste con el tiempo se denomina "dinámica del desgaste".
1200 -1
55 ms )
1000
3
m m ( 800 n e m u l o 600 v e d a d 400 i
30 ms
-1
DESGASTE Periodo de Asentamiento.
Se caracteriza por una alta velocidad e intensidad del desgaste. La magnitud del desgaste en este periodo puede llegar al 30 - 50 % del desgaste permisible. Durante este periodo el contacto se produce en los picos mas altos de la rugosidad superficial generando altas presiones y deformaciones; con el transcurso del tiempo aumenta Ar y la velocidad del desgaste se hace
DESGASTE Periodo de desgaste normal. Producto de la disminución de las presiones reales, al existir una mayor área de contacto real; la velocidad del desgaste se hace constante y el desgaste sigue aumentando con un ritmo mas lento
ABC CAÑA LIMPIA N 30.00 E M 25.00 U L O ) 20.00 V 3 E m D m15.00 A ( 10.00 D I D 5.00 R E P 0.00
55 ms-1 30 ms-1
DESGASTE Periodo de desgaste catastrófico. La magnitud del desgaste es tal que se genera en la unión tribológica cargas dinámicas complementarias; complementa rias; lo que representa aumento de la temperatura; del nivel de ruido; y de las vibraciones; este periodo se conoce como "periodo de avería
DESGASTE INDICADORES DEL DESGASTE
La determinación cuantitativa del desgaste ha sido de interés para la mayoría de los tribólogos de diferentes épocas ya que ello permitiría incorporar a los cálculos de diseño el efecto de la fricción y el desgaste, sin embargo este es un problema no resuelto en la actualidad..
Los avances alcanzados por la tribología han establecido determinados parámetros que caracterizan al desgaste. Estos parámetros se reconocen como indicadores del desgaste y permiten evaluar , estudiar, caracterizar y diagnosticar el desgaste, estos son:
DESGASTE
Desgaste lineal (Wh, µm µm): ): Se utiliza cuando los valores absolutos del desgaste son de medianos a altos y está fundamentado en la medición de las dimensiones de las piezas antes y después del ensayo de desgaste, la exactitud de este método depende la de calidad de los medios de medición que se utilicen.
I h
W h S f
Desgaste volumétrico (Wv, mm3).: Este se fundamenta en la medición del volumen antes y después del proceso de desgaste. Es también usado con frecuencia y al igual que el indicador anterior requiere de medios de medición de alta precisión. Este generalmente se determina partiendo del indicador lineal del desgaste
W V W h An
DESGASTE
Desgaste gravimétrico (Wg ,mg) : Este indicador
generalmente se utiliza para la determinación del desgaste de piezas de pequeñas dimensiones las cuales se pesan antes y después del desgaste. Antes del pesaje las piezas deben ser lavadas y secadas eliminar partículas, polvos, los productos de desgaste, grasas y otros W
W
Intensidad energética del desgaste (Ie): La intensidad energética del desgaste se utiliza fundamentalmente fundamentalmen te para evaluar materiales de frenos, embragues, etc. Esta relaciona el desgaste volumétrico y el trabajo de fricción.
I e
W V F f S f
DESGASTE
Resistencia al desgaste (Wd ): Es la capacidad de un material de ofrecer resistencia al desgaste y se determina como el inverso del desgaste. A de señalarse que la misma dependerá del tipo de indicador que se haya utilizado para medir el desgaste (Wh, Wg, Wv). 1
Resistencia relativa al desgaste (Wr ) : Es la relación que existe entre el desgaste de la muestra que se está ensayando y el patrón de referencia que puede ser el establecido por la norma o el tomado como referencia durante los estudios. W
W m
DESGASTE
Velocidad o razón de desgaste (W'): A través de este indicador se mide el ritmo del proceso de desgaste y no es más que la relación que existe entre el desgaste y el tiempo en que este ha tenido lugar.
W h W t I
DESGASTE Cuatro mecanismos básicos Abrasión: remoción de
Adhesión: formación y
material por arañado, arado o formación de surcos. (scratching)
rotura de juntas interfaciales adhesivas (uniones soldadas en frio)
Triboquímico: Oxidación o
corrosión de las superficies que
Fatiga superficial: fatiga y
formación de grietas en la
DESGASTE Deformación plástica No es un mecanismo Está presente en muchos procesos de desgaste. En todos juega un papel muy importante Cambia las propiedades y la respuesta del material. Dificultades en la predicción del comportamiento.
DESGASTE Adhesión Sistemas donde predomina el mecanismo de adhesión
DESGASTE Mecanismo adhesivo ..- La
atracción molecular (cohesión) produce una unión adhesiva (micro soldadura) de las asperezas en contacto; el movimiento relativo de los cuerpos cizalla esta unión produciendo la transferencia de un material de un cuerpo hacia otro y/o la generación de partículas de desgaste.
Como adhesión se entiende el fenómeno de formación de una fuerte unión de los metales en las áreas reales de contacto como resultado de la fricción, de los procesos de deformación mutua y para temperaturas inferiores a la de recristalización. Durante estos procesos se forman fuertes uniones en diferentes puntos en contacto.
DESGASTE Formación de uniones depende de:
Propiedades físicas y químicas de los materiales Modo de aplicación y valor de la carga aplicada. Contaminación (presencia de óxidos) Rugosidad Cohesión: materiales similares Adhesión: se preserva la junta inicial. Área real de contacto
DESGASTE
Superfícies em contato plastificação
Ruptura na interface Ruptura fora da interface
DESGASTE Secuencia de eventos: 1. Altas presiones locales entre asperezas en contacto 3. Adhesión y formación de uniones. Aumento de carga,
2. Deformación plástica de las asperezas
4. Ruptura de las uniones con transferencia de material
DESGASTE
Fricción por cizallamiento ..- Si la
unión adhesiva es menos resistente que los materiales base; el cizallamiento ocurre en la interfase
DESGASTE Fricción por soldadura ..-
La unión adhesiva es mas resistente que uno de los materiales base, la destrucción ocurre en la masa del material menos resistente produciéndose la transferencia de material del cuerpo blando al cuerpo duro. duro.
DESGASTE La unión adhesiva es más resistente que ambos materiales base: La ruptura
de la unión ocurre fundamentalmente por la masa del material menos resistente, pero también puede ocurrir desprendimiento de partículas de la masa del material más resistente. El intenso desgaste del material más blando puede estar acompañado del desgaste del material más resistente
DESGASTE Daño superficial dominado por fractura de uniones en desgaste deslizante severo. Acero AISI D1 contra D1
DESGASTE El modelo de Archard es el modelo más simple de adhesión:
Partícula de diámetro 2a Fractura de la unión AB, ocurre y genera un escombro La sumatoria de los eventos (contactos de asperezas) permite estimar el volumen de material desprendido: w=kS. W/H , k = probabilidad de formación de una partícula,(Coeficiente de desgaste)
DESGASTE Micro mecanismos de adhesión Trabamiento entre irregularidades (polímero-metal)
Difusión de átomos o moléculas a través de la intercara, importante en polímeros
DESGASTE Teoría electrónica: transferencia de electrones a través de la intercara (fuerzas electroestáticas)
Teoría de adsorción: enlaces secundarios
-
+
+
-
-
-
+ + +
-
+
-
+
-
+
+ -
+
+ -
+
+ -
+
+
-
+
-
+
-
DESGASTE DESGASTE ABRASIVO Es definido por la ASTM como: aquel debido a partículas o protuberancias duras que son forzadas contra una superficie bajo la acción de un movimiento relativo con respecto a ellas (36). Este mecanismo es particularmente evidente en áreas industriales tales como agricultura, minería, procesamiento de materiales, movimiento de tierra, y esencialmente en cualquier lugar donde polvo, rocas y minerales estén siendo manejados. De igual manera los procesos tales como esmerilado y maquinado son considerados como procesos abrasivos en una escala mayor.
El desgaste abrasivo básicamente ocurre bajo dos situaciones. El primer caso sucede en contactos donde una de las dos superficies deslizantes es considerablemente mas mas dura que la otra (abrasión dos cuerpos) p. Ej.: operaciones mecánicas tales como esmerilado, cepillado y torneado. En el segundo caso la superficie dura es un tercer cuerpo, generalmente una partícula dura que es introducida dentro del contacto, atrapada entre las otras dos superficies y suficientemente dura para abraer tanto una o ambas superficies (abrasión tres cuerpos) p. Ej.: procesos de movimiento de tierra o preparación de suelos
DESGASTE Sistemas donde predomina el mecanismo de abrasión
DESGASTE En lo que se refiere al ambiente de contacto, este es clasificado como sistema abierto (libre) o sistema cerrado (restringido). (restringido ). Existe también otra forma de categorizar el desgaste abrasivo como de bajo esfuerzo, alto esfuerzo y acanalado.
DESGASTE
En dependencia de la geometría de la superficie dura y el grado de penetración, varios micromecanismos micr omecanismos han sido propuestos para explicar como el material es removido de la superficie por abrasión. Esos procesos incluyen fractura, fatiga y fusión. Pero debido a la complejidad del fenómeno de abrasión, ningún mecanismo actúa completamente en la perdida de material. La remoción de material puede tomar diferentes formas, tales como microarado (microploughing), formación de cuñas (wedge formation) o corte (microcutting), como lo presento Hokkirigawa y Kato (39 y 40), al igual que microfatiga y microfisuras.
DESGASTE
DESGASTE
El microarado es el proceso de desplazamiento de material desde un surco hacia los lados. Este micromecanismo ocurre bajo cargas ligeras y no resulta en ninguna perdida de material. El daño ocurre en cercanías de la superficie en la forma de apilamiento de dislocaciones mediante trabajado en frió. Si un posterior barrido ocurre sobre esta superficie previamente deformada, entonces el trabajo adicional puede resultar en perdida de material a través de microfatiga
DESGASTE
Para materiales dúctiles, los mecanismos de microarado, formación de cuña y microcorte han sido observados (39) como lo muestra la figura Estudio mediante microscopia electrónica de barrido en el que se representa a los micromecanismos de abrasión controlados por deformación plástica.
DESGASTE
Durante el proceso de microcorte, la punta abrasiva remueve una astilla o viruta, tal como una herramienta de maquinado lo hace. Para partículas abrasivas agudas, existe un ángulo crítico para el cual hay una transición de microarado a microcorte. Este ángulo dependerá del material que esta siendo abrasionado. Esta situación fue reportada por Seldriks y Mulhearn .
DESGASTE Desgaste suave
Desgaste severo Micro corte
o d a r a / e t r o c n ó i c a l e R
Micro arado
Ángulo de ataque α /Ángulo Crítico de ataque αc
DESGASTE
Los materiales frágiles tienen un micromecanismo adicional en desgaste abrasivo, llamado microfractura. Este ocurre cuando las fuerzas aplicadas por el grano abrasivo exceden la tenacidad de fractura del material. La microfractura es algunas veces el mecanismo de desgaste severo predominante en materiales cerámicos, y esta activo en materiales tales como Hierro Fundido Blancos.
DESGASTE
Modelo de Rabinowicz
V
2l tan
DESGASTE Modelo de Zum Gahr
f
ab
1
A A / A 1
F = 1 micro corte ideal
2
v
DESGASTE La perdida de material en terminos terminos de la distancia de deslizamiento esta dada por :
V l
En materiales ductiles viene dada por: por:
V
l
V d
f A
V
ab
V
lA
f A
V
ab
A es el area aparente de contacto de la particula. En materiales fragiles se obtiene:
f V
ab
1
A A / A 1
H
P /
2
V
1.5
0.5
2
A D P H
2
K
/
/ A
DESGASTE
Efecto de las propiedades del material en el desgaste abrasivo Efecto de la dureza del material
Se ha mostrado, tanto teórica como experimentalmente, que la dureza del material se correlaciona con su nivel de abrasión. Khrushchov (56), desarrollo una gran cantidad de ensayos y obtuvo una relación inversa entre la tasa de abrasión y la dureza en recocido para materiales puros. De igual manera, se realizaron ensayos sobre aceros de dureza variable.
DESGASTE
En el modelo simple de desgaste abrasivo desarrollado anteriormente, las diferencias en las características del abrasivo han sido incluidas en algunas constantes de los modelos planteados. Por lo tanto evidente que cambiando el abrasivo cambiara la tasa de desgaste. La dureza de la partícula abrasiva es importante en la tasa de abrasión del material. Cuando la dureza de un abrasivo excede a la del material el desgaste abrasivo llega a ser mucho mas intenso; el abrasivo es capaz de penetrar la superficie y cortar/remover material sin que sus esquinas cortantes se quiebren o redondeen.
DESGASTE
Efecto de la estructura y orientación cristalina Alison y Wilman (58) mostró que metales cúbicos se desgastan alrededor del doble que metales hexagonales, situación esta que fue atribuida a la baja tasa de endurecimiento por trabajado de los metales hexagonales. Stein (59) posteriormente estudio el desgaste de cristales simples. Rayando metales BCC y FCC con una superficie preparada sobre el plano (001), mostró un rayado amplio, lo cual implica alto desgaste a lo largo de las direcciones <100> que de las <110>.
Efecto de la microestructura y la composición Las fases austenita y bainita de igual dureza, muestran una mayor resistentes a la abrasión que la ferrita y perlita. Esto es debido a la alta capacidad de endurecimiento por deformación y ductilidad de la austenita. El aleamiento es algunas veces usado para mejorar el desempeño de un material. Esas adiciones pueden tomar tanto espacios intersticiales como sustitucionales dentro de la red cristalina.
DESGASTE Efecto del ambiente sobre el desgaste abrasivo
Adicional a las propiedades del material, el ambiente también afecta al desgaste. Debe recordarse que, como se indicó anteriormente, la tasa de perdida por abrasión no es solo intrínseca al material. Factores ambientales que afectan a estas pérdidas incluyen, pero no están limitados, al tipo de abrasivo y sus características, temperaturas, velocidad de contacto, carga unitaria del abrasivo sobre el material, humedad y efectos
Tipo de abrasivo La dureza de la partícula abrasiva es importante en la tasa de abrasión del material. Cuando la dureza de un abrasivo excede a la del material el desgaste abrasivo llega a ser mucho mas intenso; el abrasivo es capaz de penetrar la superficie y cortar/remover material sin que sus esquinas cortantes se quiebren o redondeen.
DESGASTE Efecto de la carga De igual manera se ha demostrado que el desgaste abrasivo es proporcional a la carga, siguiendo la relación de Holm-Archard. Sin embargo, este efecto proporcional cae cuando la carga es demasiadamente alta como para fracturar las partículas abrasivas. Si la fuerza es tal como para fracturar las partículas abrasiva se crearan nuevas puntas angulares, y en consecuencia el desgaste se incrementara. Si las puntas de las partículas son redondeadas, el desgaste disminuirá.
acercamiento muy general es tomado por Lim y Ashby (104) quienes mostraron los rangos de validez de seis tipos diferentes de modos de desgaste en un mapa de desgaste, con presión de contacto normalizada y velocidad normalizada como coordenadas, dando ademas las ecuaciones de desgaste para cada modo. Es posible observar algunas características comunes cuando se estudian las ecuaciones propuestas para los diferentes modos de desgaste. Algunas veces el volumen (V) desgastado es directamente proporcional a la carga normal (ω) y a
la distancia de movimiento (s) e inversamente proporcional a la dureza del material (H). Esta relación conocida como la relación de Holm Archard puede ser formulada como:
DESGASTE
Para propósitos de diseño y desarrollo de materiales es necesario tener algún parámetro cuantitativo universal para el desgaste. Usar el volumen de material removido no es útil o ilustrativo debido a las muy diferentes condiciones de ensayo usadas. La llamada relación del desgaste de Holm-Archard es algunas veces usada para formular la tasa del desgaste (también referenciada como coeficiente de desgaste por algunos autores) el cual es un valor práctico y más general para la cantidad de desgaste.
K
K' H
V
s
Desgaste por deslizamiento- Mapas Adhesión severa Fusión desgaste
1 -
p , a d a z i l a m r o n n ó i s e r P
m 3
Adhesión y
velocidad
m abrasión Procesos térmicos m desgaste e ) t Ω s ( a g d s a e d i d v i e t Desgaste d s i s oxidativo d Aumenta el desgaste Resistencia a e d R i s n e t n I
Velocidad Veloci dad normalizada, V
Carga (N)
Rapidez de desgaste y resistividad r esistividad eléctrica para un
DESGASTE Desgaste por deslizamiento- Mapas Adhesión severa p , a d a z i l a m r o n n ó i s e r P
Fusión desgaste Procesos térmicos
Adhesión y abrasión
Aumenta el desgaste
Desgast e oxidativo
Velocidad Velocid ad normalizada, V
Mapa de mecanismos encontrados para aceros
DESGASTE
La fatiga puede ser el mecanismo generador del fisuramiento en gran escala y de la liberación de material de la superficie para formar partículas de desgaste. El desgaste por fatiga superficial es un mecanismo de falla que limita el tiempo de vida en rodamientos de bolas y rodillos, al igual que en los engranajes en contacto. En estos contactos concentrados la presión Hertziana crea en las superficies un campo de esfuerzos debajo de ella como sucede en el caso de rodadura pura, y se mueve hacia ésta con el incremento de la tracción. Para coeficientes de fricción que exceden el valor de 0.32 el máximo esfuerzo cortante se obtiene sobre la superficie.
Bajo condiciones de contactos por rodadura donde el campo de esfuerzos se mueve repetidamente sobre la superficie, tiene lugar un daño por fatiga en cercanías a la superficie del material. Las vacantes o el apilamiento de dislocaciones pueden ser el núcleo para que la primera grieta se genere. Una vez la grieta está presente, esta puede propagarse rápidamente uniéndose con otras grietas y liberando de la superficie material. Esto trae como resultado grandes cráteres en la superficie con diámetros que van de uno a dos milímetros y de una rápida destrucción de la superficie.
DESGASTE Picado por fatiga en rodadura de contacto Dos modelos: Grietas superficiales
Esfuerzos alternativos en el área sumados a defectos, interacciones con el elemento lubricante o escombros. Las altas presiones hidrostáticas aceite que llena las grietas, causa su avance.
DESGASTE Picado por fatiga por rodadura de contacto Grietas bajo la superficie
Entalle
Grietas
Esfuerzos de Hertz incrementados por entalles internos (inclusiones, grandes carburos). El avance de la grieta hasta la superficie produce picado.
DESGASTE
El desgaste por Delaminación es un tipo de desgaste que ocurre sobre una escala microscópica en contactos por deslizamiento cuando las asperezas superficiales repetidamente deslizan sobre otras. En este caso pequeñas grietas se nuclean debajo de la superficie. La nucleación de grietas cercanas a la superficie no puede ocurrir debido al estado triaxial de cargas compresivas, las cuales se encuentran justo por debajo de la región de contacto.
Cargas y deformaciones adicionales causaran la extensión y propagación de la grieta y su adición a grietas aledañas. Las grietas tienden a propagarse paralelas a la superficie, resultando en delaminación de largas y delgadas placas de desgaste. La teoría del desgaste por delaminación fue desarrollada y ha sido descrita en detalle por Suh (73 y 55) y Suh et al, (74).
DESGASTE Sistemas donde predomina el mecanismo de Fatiga superficial
DESGASTE
DESGASTE fisura
Contacto deslizante en presencia de reacciones con el ambiente (gas o líquido)
Remoción continua de metal y de productos de la reacción química presente.
En presencia de oxigeno, los escombros consisten de grandes óxidos
Velocidad del proceso es función del
PROCESOS DE DESGASTE CORROSIVO: • Película de lubricación permanente • Película débil de corto tiempo de duración • Formación de un par galvanico • Corrosión y desgaste independientes
Contacto entre asperezas produce adhesión y escombros que son oxidados. La reacción química del metal con el ambiente producen capas protectoras que evitan el contacto metálico.
Agtrietamiento de las la s capas protectoras, debido a altos esfuerzos locales. Esto produce escombros no metáicos. Los escombros. Metálico y no metálicos, actuan como abrasivos.
Modelo para el proceso 2 de desgaste corrosivo
El incremento en el coeficiente De fricción no es seguido Inmediatamente por el incremento de la rata de fricción
Efecto del Oxigeno En el lubricante. Se crea una película De fácil remoción en la Superficie del desgaste
Transición entre desgaste corrosivo y adhesivo
Sinergia entre desgaste Corrosivo y abrasivo
Cinética del crecimiento de Película de oxido
