EFECTO DEL LUBRICANTE EN LA FATIGA DE CONTACTO

Como ya se ha mencionado, la lubricación tiene un rol crítico en la naturaleza del desgaste y la fatiga de contacto por rodadura. Además de separar las superficies en contacto, el lubricante, con sus aditivos, puede influir sobre el desgaste y la fatiga en contactos de rodadura. Películaselasto-hidrodinámicas (EHL) modifican la presión Hertziana y la distribución de las tensiones de tracción.Tambiénla fatiga de contactose ve influenciada por el número y la severidad de las interacciones entre las asperezas y como éstasafectan a los concentradores de tensiones en la región de los defectos superficiales [17]. Sin embargo la pregunta quese genera es si la película EHL es totalmente beneficiosa en la prevención de la fatiga de contacto o si exhibe algunas limitaciones. Una de las razones de esta duda puede ser a causa del pico que se genera en la distribución de presión por película EHD, el cual genera presiones de contacto puntuales mucho mayores que las máximas propuesta por la teoría de Hertz, en algunas condiciones (ver Fig. 3.14). De hecho, existe mucha especulaciónsobre si este pico de presiónno induce fatiga de contacto y reduce la vida de rodamientos [18]. El papel de la micro película EHL generadaen el contacto entre asperezas y su efecto de disminución o, a veces,de aceleración de la fatiga de contacto, es otro aspecto que todavía es

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poco conocido. Por otra parte, el rol del lubricante sobre el crecimiento de fisuras abiertas es otro aspecto con muchos interrogantes.

Figura 3.14: Simulación del espesor de película lubricante y presión de contacto para una lubricación con grasa (Velocidad 0,87 m/s y carga 100 KN) [19].

El crecimiento de fisuras superficiales abiertas puede verse incrementado por un mecanismollamado "propagación de fisuras por presiónhidráulica". Una ilustración de lo mencionado puede verse en la Figura 3.15. Como se observa, el proceso puede dividirse en 3 etapas. En laprimeretapa se observa que la acción de la presión de contacto tiende a abrir la fisura, logrando el llenado de la misma,en la etapa siguiente. Por último, y a causa de la presión de contacto sobre la grieta, se produce el cierre de la fisura con líquido en su interior provocando unapresiónhidráulicaque incrementa las tensiones en la punta de la fisura[20]. Este mecanismo esgeneralmente aceptado, pero existen aún muchos interrogantes sobre la penetración del fluido dentro de la fisura, y el rol del mismo sobre la apertura y cierre de la misma.

Figura 3.15:Ilustraciónesquemática del mecanismo de presiónhidráulica en las superficies de la fisura [3].

La influencia de la presencia de líquido en la propagación de grietas abiertas durante el proceso de fatiga de contacto es un tema de gran interés. La mayoría de los estudios que involucran simulación computacional sobre este proceso suponen que el líquido entra en la grieta durante la primera parte del ciclo de carga, en el que la grieta se abre. La posibilidad de la presencia de líquido en el interior de las grietas y el importante papel de este líquido en la propagación de las mismas es comúnmente estudiado en elementos como cojinetes, engranajes y rieles [21 - 24]. En general, se ha observado que el complejo estado de la carga que actúa en la zona de contacto induce la propagación de grietas a lo largo de trayectorias curvilíneas. Las grietas son generadas por defectos en la superficie que normalmente crecen en un ángulo de poca profundidad a la dirección de desplazamiento [25]. Una fisura o un número de fisuras, que crecen, dependiendo de las condiciones de servicio, forman diferentes tipos de daños en los caminos de rodadura superficiales del cuerpo de rodadura. Estos daños

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causan a menudo el crecimiento de las principales fisuras, lo que conduce a la fractura del cuerpo.

El papel del líquido en la propagación de grietas porFRC se ha considerado y analizado mayormente mediante modelos teóricos, los cuales engloban principalmente cuatro mecanismos. Dos de ellos, el modelo de la “presión hidráulica" y la "reducción de la fricción" discutidos por Bower [24], Bogdanski [26] y otros autores [23,27,28], enuncian quelos criterios de máxima tensión tangencial en la dirección de propagación de la fisura se modifican a causa de la influencia de la presión interna a lo largo de las superficies de la fisura debido al líquido atrapado, como así también existe un cambio enla densidad de energía de deformación. Las fuerzas de fricción entre ambas caras de la grieta y las superficies de contacto por rodadura también se modificaron en esos mecanismos. El tercer mecanismo, llamado "fluido entrampado", también ha sido discutido porBower [24], así comoKaneta y colaboradores [27-29] yotros autores [30-32]. En este caso, el proceso de"atrapado" proporciona altos niveles de KI (factor de intensidad de tensiones en modo I) debido a la presión hidráulica que tiende a abrir la grieta cuando el elemento rodante pasa por la superficie de la fisura. Estos tres mecanismos son bastante restringidos a los fenómenos cuasi- estáticos. El cuarto modelo, considera la "compresión" de la capa de fluido, y ademásincluye algunos efectos transitorios que tienen lugar dentro de la grieta. Este mecanismo fue propuesto por Bogdanski [33,34].

Los avances en la predicción de la propagación de las grietas abiertas durante el proceso de FRC son importantes y muy relevantes, y hasta el momento existen muy pocos estudios experimentales que analicenel comportamiento del líquido bajo condiciones diferentes [21- 23]. Aún así, todavía hay muchas incertidumbres y comportamientos que deben ser verificados y entendidos. Con esto en mente, en esta tesis doctoral se desarrolló un método para la preparación de muestras pre-fisuradas, para luego ser utilizadas en ensayos experimentales de rodadura de contacto bajo condiciones de laboratorio totalmente controladas. Además, se elabora un procedimiento para la creaciónde superficiesfisuradasa diferentes ángulos para estudios de FRC. Las muestras preparadas con este método son luego utilizadas en el estudio de la penetración de diferentes líquidos en condiciones de rodadura de contacto bajo diferentes condiciones dinámicas.