MECANISMOS DE DESGASTE
DESGASTE El DESGASTE es inevitable dondequiera que hayan cuerpos en contacto, bajo carga y con movimiento relativo. El desgaste puede definirse como la pérdida progresiva de material procedente de una superficie opera tiv a de un cuerpo, prod uci da por el mo vim iento relativ o en d ich a supe rfic ie.
DESGASTE Normalmente, el desgaste no ocasiona fallas violentas, pero:
Ocasio na redu cc ió n de la efici enc ia de op eració n.
Prod uce pé rdi das de pote nci a por fri cci ón.
Inc reme nta el co ns um o de lu br ic antes
Es una de las causas más importantes en las pérdid as de mate riales. Eventualmente conduce al reemplazo de componentes desgastados y a la obsolescencia de las má qui nas en su co nju nto .
DESGASTE La TRIBOLOGÍA , que es la ciencia y la tecnología del rozamiento, lubricación y desgaste, tiene una considerable energ ía en l os importancia materiales. en la conservación de El comportamiento frente al desgaste no constituye una propiedad característica de los materiales, sino que depende de todo un sistema tribológico, generalmente constituido por dos cuerpos, un lu br ic ant e y el a mb iente.
DESGASTE Comparado con la fatiga y la corrosión ; el desgaste ha sido el menos e studiado, es qu izá al q ue se le pre sta menos y probablemente por estas razones, atención que aun no se ha constituidosea un cuerpo de conocimientos racional que permita predecirlo con cierto g rado de exacti tud.
DESGASTE
Un enfoque de sistemas considera a los factores que in fluy en en el desgaste co mo : Variables
operacionales
Variabl es
est ruc tur ales
DESGASTE Variabl es Operacio nales Carg a
apl ic ada Velocidad Temp eratu ra y Tipo de movi miento
DESGASTE Vari ables Est ruct ur ales Propiedades
volumétricas: geometría, dimensiones, co mp os ic ió n qu ímica, du reza, etc. Pro pi edade s sup erfi ci ales: rug os id ad, micr od ur eza. Área de contacto Prop ieda des d e los lub ric antes int erpu estos Característ ic as
de la atm ós fera
DESGASTE Una discr imi nació n d e la impor tanci a relativ a de disti ntos tipo s de de sg ast e en la in du str ia, ha sido est im ada en los sig uiente s térmi nos : Abrasión
50 %
Adhesión
15 %
Erosión
% 8
Desg ast e
micr o-osci latori o (" Frettin g" )
8%
Desg ast e
qu ími co
5%
DESGASTE ABRASIVO
DESGASTE ABRASIVO Se llama abrasión al desgaste producido por partículas duras que penetran en una superficie; ocasionando deformación plástica y/o arrancando virutas.
DESGASTE ABRASIVO Se cons id era que e st e tipo de desga st e puede to mar dos formas extremas: una en la cual la deformación plástica es lo mas importante (Fig. 1) y la otra, en la cual la fractura con deformaciones plásticas li mitada s es l o q ue predom in a (Fig . 2).
Figur a 1
Figur a 2
DESGASTE ABRASIVO Tip os de de sg ast e abr asi vo : 1.Rayado p or abr asi ón de bajo esfu erzo Es el ti po de abrasió n m eno s s evera . Se prod uc e po r co nt acto repetido de partícu las duras y agudas que se mueven a través de la su perfici e del metal a d if erentes velo cid ades. La veloc id ad, durez a, áng ul o d e in greso y t amaño de las partículas son variables que afectan el grado de abrasión.
DESGASTE ABRASIVO Tip os de de sg ast e abr asi vo : 1.Rayado p or abr asi ón de bajo esfu erzo
DESGASTE ABRASIVO Tip os de de sg ast e abr asi vo : 1.Rayado p or abr asi ón de bajo esfu erzo Aleaciones conteniendo carburos (especialmente carburos de cromo) son empleados exitosamente para resist ir este tip o d e desgaste . Debido a que no hay impacto los aceros de alto carbono y aleados al Cr, que son relativamente frágil es, se emp lean co n bu eno s resul tados.
DESGASTE ABRASIVO Tip os de de sg ast e abr asi vo : 2.abrasi ón de alt os esf uerzo Cuando dos s upe rficies se frota n entre sí en un medio arenoso, con la fuerza suficiente para triturar y pulverizar las partículas abrasivas atrapadas entre las dos sup erfi cies. Se conoce ta mbi én c omo abrasión de tres cue rpo s . El deterioro se produce por una acción conjunta de rayado, flujo plástico local y por agrietamiento microscópico.
DESGASTE ABRASIVO Tip os de de sg ast e abr asi vo : 2. abr asión de alt os esfuerzo
DESGASTE ABRASIVO Tip os de de sg ast e abr asi vo : 2.
abrasión
de
altos
esfuerzo Típico desgaste producido en molinos de bolas, de cilindros, trituradoras de rodillo, tambores de feno, etc.
Abr asión entre tre s cuerpos .
DESGASTE ABRASIVO Tip os de de sg ast e abr asi vo : 2. abr asión de alt os esfuerzos Las aleaciones más apropiadas para este tipo de desgaste son los aceros austeníticos al manganeso, fundiciones martensíticas, y algunas aleaciones con teniendo carbu ros (usu almente ca rbu ros de titanio) en un a matr iz tenáz .
DESGASTE ABRASIVO 3. abrasión profunda
penetrante
o
Ocurre dos superficies metálicasentre que ejercen la fuerza suficiente para fragmentar los abr asi vo s atrapa do s en ell as.
Flujo plástico
Las bolas y las barras de los molinos para molienda de minerales presentan este tipo de desgaste
impacto
DESGASTE ABRASIVO Tip os de de sg ast e abr asi vo : 1.abrasió n po r im pacto
desgaste
DESGASTE ABRASIVO
DOSCUERPOS
TRESCUERPOS
DESGASTE ABRASIVO Las partículas abrasivas pueden ser inclusiones de un a su perfic ie o bi en partículas no metá li cas sueltas.
Abrasión entre dos cuerpos
DESGASTE ABRASIVO se presenta en equipos de perforación de suelos, trituradoras, molinos de bolas, en algunos casos en cu erp os en co ntacto desli zante, etc .
Abr asión entre tre s cuerpos .
Abrasión entre dos cuerpos
DESGASTE ABRASIVO En los metales la resistencia a la abrasión aumenta con la d ureza.
DESGASTE ABRASIVO Para una misma dureza los aceros presentan una menor resistencia a la abrasión que los metales puros.
DESGASTE ABRASIVO En
l os acero s, a >%C hay u na > resi stenc ia a la abr asi ón Distin tas mi croestructuras presentan di ferente resis tencias al desgaste.
DESGASTE ABRASIVO En
los aceros el contenido de carburos es un factor importante en la reducción de la abrasión; siendo los carburos d e vanadio y niobio más efectivos q ue los de cromo y tung steno.
DESGASTE ABRASIVO La
martensita tiene mejor resistencia a la abr asión qu e la pe rlit a y l a ferrit a.
La
austenita y bain ita de igual dureza son mas resistentes a la abrasión que la ferrita, perlita o martensita.
DESGASTE ABRASIVO Si
se quiere una matriz mas tenaz, para
condiciones
de
impactos
fuertes,
es
mas
recomendable una estructura austenítica, la cual tiend e a end ur ecerse po r deform aci ón .
DESGASTE ABRASIVO Se
ha encontrado que el desgaste abrasivo depende de la correlación entre la du reza del abr asivo y la dur eza del metal.
DESGASTE AB RASIVO Para
reducir la componente abrasiva del desgaste, la dureza del material (Hm) debe ser mayor que la dureza de las partículas abrasiv as (Ha): Hm > 1,5 Ha.
DESGASTE ABRASIVO
DIENTE DE UNA PA LA MECÁNICA Los recubrimientos a parte de tener gran dureza, deben ser lo suficientemente tenaces para aumentar su resistencia al choqu e o impactos.
DESGASTE ABRASIVO Los factores mas importantes que hacen disminuir la abrasión son los s iguiente s:
Aumento s de dureza en el material. Cont rol de la re lación dur eza de la superfic ie y del abrasivo
Dism inu ció n del tama ño d e las partículas a brasiv as.
Formas de pa rtícu las redon deadas.
Dismin ución de ve loci dades.
mayor % ca rbo no y de carbu ros dur os (aceros). Dismin ución de ca rgas.
DESGASTE ABRASIVO Est ud ios de re si stenci a a la abrasió n d e recubrimientos dur os
Máquina de ensayos de desgaste abrasivo de bajo esfuerzo, según norma ASTM G-65
DESGASTE ABRASIVO Est ud ios de re si stenci a a la abrasió n d e recubrimientos dur os
Dureza aproximada:
Recubrimientos Duros resistentes al desgaste con64HRC elementos aleantes como C, Cr, Mo, W, V
DESGASTE ADHESIVO
DESGASTE ADHESIVO El
desgaste adhesivo, también llamado desgaste por fricción, se
presenta entre dos superficies en contacto deslizante bajo la acci ón d e las carga s no rmale s.
DESGASTE ADHESIVO Las
punt as de las a spere zas de las dos sup erfi cies suf ren fluenci a
plástic a y sol dadura e n frío. FN MOVIMIENTO
ADHESIÓN
FRACTURA
DESGASTE ADHESIVO Al
producirse el movimiento, las uniones soldadas se rompen
por cizalladura, tomando lugar la separación en el interior del cuerpo de menor dur eza. La fractura se produce en zonas subsupe rficia les de uno o ambos materiales, como se indica esquemáticamente en la figura. La
superficie mas dura se cubre de una película transferida del
material de la contracara, a la vez que se desprenden partículas en el pro ceso.
DESGASTE ADHESIVO Desgaste
Suave: caracterizado por velocidades de
desgaste moderadas y producción de partículas de desgaste de tamaño reducido con la apariencia de óxidos oscuros. Desgaste Severo
Desgaste Suave
Desgaste Severo
Desgaste Suave
DESGASTE ADHESIVO Desgaste
Severo:
se presentan velocidades de
desg ast e de 4 a 100 veces mayor es y lo s d esech os incluyen partículas sensiblemente mas grandes, algu nas d e ellas con bri llo metálic o. Desgaste Severo
Desgaste Suave
Desgaste Severo
Desgaste Suave
DESGASTE ADHESIVO Desgaste
Muy Severo: En materiales que exhiben
formación de muy finas capas de óxidos frágiles como el acero inoxidable, aluminio y titanio, esta capa de óxido protector se rompe fácilmente produciéndose una masiva adhesión en su superficie. Este tipo de desgaste es conocido co mo GALLING.
DESGASTE ADHESIVO
GENERALMENTE A mayor dureza de material menor velocidad de desgaste (siempre que otros factores permanez can co nstantes). Una variación importante de la dureza del material puede provocar transición de desgaste suave a severo.
Acero 1050
DESGASTE ADHESIVO
GENERALMENTE Aumentos excesivos de dureza eventualmente puede conducir a una tenacidad insuficiente y a falla s por fragil idad.
Acero 1050
DESGASTE ADHESIVO EFECTO DE LA DUREZA
A mayor dureza de material menor velocidad de desgaste.
Una varia ci ón im po rtante de la dur eza del material puede provocar transición de desgaste suave a severo.
Aumentos excesivos de dureza eventualmente puede conducir a una tenacidad insuficiente y a fallas por fragilid ad.
DESGASTE ADHESIVO EFECTO DE LA RUGOSIDAD
La rugosidad también puede tener efectos contrapuestos.
Una rugosidad alta generalmente produce mucho desgaste; mientras que una rugosidad moderada le confiere a la superficie capacidad de retener lubricantes.
Por otrafavorecer parte, una los rugosidad excesivamente puede fenómenos adhesivosbajay co nd uc ir a un d esg ast e acele rado.
DESGASTE ADHESIVO EFECTO DE LA TEMPERATURA
Generalmente el desgaste aumenta con la temperatura, debido a incrementos en la ductilidad de las asperezas y del crecimiento result ante de las ju ntas metá li cas.
Sin embargo, se han encontrado temperaturas de transición, por encima de las cuales se producen notables reducciones en la velocidad Este fenómeno sido asociado a la de desgaste. formación de óxidos con muy ha buenas propiedades lubricantes
DESGASTE ADHESIVO EFECTO DE LA TEMPERATURA
Sin embargo, una alta tasa de oxidación puede co nv erti rs e en un pr ob lema de desgaste mayor.
DESGASTE ADHESIVO resultados del ensayo pin-ondisc usando un pin de acero templado contra la superficie del disco tratada. 3
Las son m /Nm, volumeUnidades removido/unit de distancia de deslizamiento/ unida d de carga.
DESGASTE ADHESIVO
EROSIÓN
EROSIÓN
Se considera a la erosión como una forma de abrasión pro duc ida por esfuerzos de con tacto relativ amente bajos, debido s al impacto de partí cul as so bre una superfici e.
EROSIÓN
Esta, a consecuencia del proceso, generalmente presenta una apariencia granul ar fina, similar a la de las fract uras frágil es. El desga ste de tipo eros ivo se prese nta, por ejemplo, e n equi pos y líneas de bombeo para fluidos con sólidos en suspensión, boquilla s de equipos pa ra granallado por a rena (sandblastin g), etc.
EROSIÓN
Un material blando puede ser mas a decuado p ara resisti r la erosión que un material duro. Por ejemplo, el caucho natura l ó sinté tico produce bue nos resulta dos debido a su bajo módulo elástico, lo que le permite grandes deformacion es y un a buena dis tri buc ión de la carga.
EROSIÓN
La velocidad de desgaste
por erosión aumenta con la
veloci dad de las partículas y si los ángulo s de impacto son pequeños predomina el corte abrasivo; siendo la dureza superficial un f actor crítico. S i p or el con trario, los ángulos de impacto son grandes el desgaste es debido pri nci palmente a deformación y fractur a.
EROSIÓN
Parece existir una buena correlación entre la resistencia a la eros ión y el mó dul o de resil iencia ( R) de un material:
R=(
donde: y : resis
y2
/ 2 E)
tencia a la fluenci a y
E : modul o de rigidez (módul o de Young o de elasticida d) Este parámetro representa la cantidad de energía que puede ser absorbida por un cuerpo antes de que ocurra deformación plástic a (permanente) ó fractu ra, por imp acto.
EROSIÓN
SOLUCIÓN A PROBLEMAS DE EROSIÓN
Modi fic ar ángu los de ataque .
Reduc ir veloci dades.
Esco ger ma teria les de mejor calidad ó mod ifi car sus su perfici es.
Además, puesto que la erosión se considera como una forma de abrasión, las recomendaciones para el control del desgaste abrasiv o tienen, en genera l, valid ez para el desgaste e rosivo.
EROSIÓN
FRETTING (DESGASTE MICRO-OSCILATORIO)
FRETTING (DESGASTE MICRO-OSCILATORIO)
Esta forma de deterioro se caracteriza por la pérdida de material de sup erfi cies e n con tacto, bajo la a cci ón d e una ca rga y, un mo vim iento desli zante de ampli tud mu y pequeña me nor a 130 µm.
FRETTING (DESGASTE MICRO-OSCILATORIO) SECUENCIA DE EVENTOS
Vibr ació n y d esli zamiento.
Desgaste adhe siv o y generación de partículas.
Oxidación de las partículas, los cuales permanecen atrapadas en pequeñas á reas de con tacto .
Abrasión de las partículas oxidadas aumentando la velocidad de desga ste y ma yor p rod ucc ión de partículas.
Ello produ ce un signi ficante da ño localiz ado.
FRETTING (DESGASTE MICRO-OSCILATORIO) FRETTING CORROSIÓN: Es
el término aplicado a si tu acion es d on de se gene ra una gran canti dad de óxido en En polvo de las superficies de contacto. los alrededor componentes de acero el óxido qu e se ge nera es d e co lo r ro jo .
FRETTING FATIGA: Ocurre
en situaciones donde la carga y los ciclos son suficientes para iniciar y propagar fisuras por fatiga. El fallo puede ser acelerado por los elementos corrosivos de pr oc eso s de desgaste.
FRETTING (DESGASTE MICRO-OSCILATORIO)
Normalmente la apariencia de la superficie es rojiza-marrón (ladrill o) ó gr is, con prese nci a de pa rtículas ox idadas. El d esgaste micro-oscilatorio conduce eventualmente a fallas por fatiga y se produce en uniones atornilladas, piezas ajustadas por calado, con tactos e léctric os, etc. El Fretting se comba te muy bi en con recubri mientos re sistente s a la corrosión (como el niquelado químico) o a través de recubri mientos ma s dúct iles como plata o indi o.
FRETTING (DESGASTE MICRO-OSCILATORIO)
Los factores mas importantes que influyen en el desga ste mic ro-oscil atori o son:
El aumento de la amplitud del movimiento con duc e a otro s ti pos de de sgaste : adhe siv o. El aumento de la fre cu enc ia de la os cilació n h ace dis min uir el desga ste. Por lo gene ral e st e tipo de de sg ast e aumenta con el nú mero de ciclo s de funcio namiento. La carga onormal hace variar el desgaste microos cilatori de mane ra im pr edecib le.
FRETTING (DESGASTE MICRO-OSCILATORIO) EFECTO DE LA CARGA
Disminuciones de la carga normal producen reduc ció n de la amort igu ació n de la s vi braciones y est o oc asi on a mayor d esg ast e.
Aumentos de la carga normal reducen las vibr aci on es, pe ro aum entan el áre a de co nt act o y a su vez el d esg aste. No obstante lo carga antesnormal expuesto, general,este los aumentos de la hacenenaumentar tipo d e desgaste .
FRETTING (DESGASTE MICRO-OSCILATORIO) EFECTO DE LA TEMPERATURA
La temperatura también tiene un efecto diverso, aunque mas consistente.
A temperaturas muy bajas (- 150 °C) se detecta mayor dete ri or o y se ob serva qu e a medid a qu e la tempera tu ra aumenta hasta 0 ºC, el desgaste micro-oscilatorio dis min uye gradua lmente.
Con aumentos de temperatura hasta 50 °C, el daño sup erfi ci al di smi nuy e apreciable mente
Por encima de 70 °C comienza de nuevo a aumentar el desgaste.
FRETTING (DESGASTE MICRO-OSCILATORIO) EFECTO DE OTROS FACTORES SOBRE EL FRETTING Humedades relativas entre 0 y 50 % reducen el desg ast e para la mayo ría de lo s m etales. Por encima de 50 %, parejas acero-acero presentan aumentos en la velocidad de desgaste, mientras que la combinación acerocromo se comporta de mejor manera con decreme nt os en l as v elo ci dade s d e desgaste . Lubricantes sólidos son la mejor opción para este tipo de aplicación; siendo el Bisulfuro de Molib deno (MoS 2) el d e mejores resul tados.
FRETTING (DESGASTE MICRO-OSCILATORIO) EFECTO DE OTROS FACTORES SOBRE EL FRETTING
Las atmósfe ras inerte s ó con baja s con centra ciones de oxí geno previenen la oxidación de las superficies en contacto y reducen esta form a de desgaste.
Un
buen acabado superficial es una buena opción para
superficies sometidas a deslizamientos micro-oscilatorios, pero rugosidades muy pequeñas (menores de 0,05 µm) pueden impedir la penetración del lubricante y harían aumentar el “Fretting".
FRETTING (DESGASTE MICRO-OSCILATORIO)
DESGASTE FATIGA Sup erfi ci es d e ro dadura e st an s ujetas a fallas por fatig a como resul tado de esfuerz os cícli cos causados po r partículas a tr apada s entre dos s up erfi ci es en movimientos Al principio, las superficies sufren rayaduras pr ov oc and o la form aci ón d e ent all as en las qu e la fisu ras de fatiga co mienzan a nu clear. Estas fisu ras pr ov oc an el desprendi miento d e material produc iendo una pica dura
DESGASTE FATIGA
DESGASTE FATIGA
FIN