METODOLOGÍA EXPERIMENTAL PARA PRUEBAS DE ABRASIÓN SEVERA “GOUGUING”

1. De acuerdo a la NORMA ASTM G 81 – 97. (Norma para realizar la prueba de abrasión severa utilizando una mordaza de trituración) [19], en cada prueba se deben emplear dos probetas de material de referencia y dos probetas del material en estudio. Para los ensayos presentados en esta tesis, se emplea como material de referencia el acero CA-1215 el cual es templado y revenido con una dureza de 262 HB y los materiales en estudio son los aceros A-36, TX10-T, COLD ROLLED y el aluminio 6061-T6.

2. Se pusieron marcas permanentes en la parte inferior de las caras laterales de los portaprobetas, para identificar las probetas en estudio y así evitar confusiones futuras. Fig. 4.1 a).

3. Las probetas se marcaron con perforaciones en la cara lateral externa lo suficientemente profundas para asegurar que estas fueran visibles y permanentes:

a) En la parte inferior: para identificar el número de probeta y su ubicación en el portaprobetas, es decir, las marcas se hicieron para identificar si la probeta pertenece a la estructura fija (probetas 1 y 2) o a la estructura móvil (probetas 3 y 4) y a la izquierda o a la derecha. Estas marcas (perforaciones) se hicieron de acuerdo a la marca que lleva cada portaprobetas. Fig. 4.1 b). b) En la parte central: para identificar al número de prueba al que corresponde el

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a) b)

Fig. 4.1. a) marcas en portaprobetas, móvil y estacionario de izquierda a derecha respectivamente b) Probetas 1, 2, 3, y 4 correspondientes al lote de la prueba No. 4.

El marcado de las probetas se organizó de tal forma, para que al colocar los portaprobetas en las mordazas, estas quedaran encontradas respecto al tipo de material, es decir, una probeta de material base quedó frente a una probeta de material en estudio y las dos restantes en idéntica condición.

2. Se lavaron las probetas para remover grasas, pinturas y suciedad, empleando detergente y cepillo de cerdas plásticas, secándolas con franela y posteriormente exponiéndolas a la intemperie hasta que quedaron totalmente secas. Cuando fue necesario, se empleó cepillo de cerdas metálicas y/o solventes.

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3. Las superficies de las probetas se lijaron completamente, empleando tres números de lijas de agua (180, 400 y 600). La lija de número 180 fue la primera en emplearse, con ella se eliminó, en la medida de lo posible, la mayor cantidad de surcos y asperezas que tenían las superficies, la lija de número 400 se utilizó para disminuir gradualmente la rugosidad y la lija de número 600 proporcionó el acabado final.

4. Empleando una balanza de 0.01 g. de precisión, se obtuvo y se registró la masa de cada una de las probetas. Fig.4.2.

Fig. 4.2. Probeta pesada antes de la prueba en balanza con 0.01 g. de precisión.

1. Se colocaron las probetas en los portaprobetas, haciéndolas corresponder de acuerdo a las marcas en cada una de ellas, fig. 4.3.

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Fig. 4.3. Probetas montadas en los portaprobetas de acuerdo al número correspondiente.

2. Por seguridad, antes de colocar los portaprobetas en las mordazas se verificó que los interruptores del motor estuvieran en posición de apagado. Los interruptores se muestran en la figura 4.4.

Fig. 4.4. Interruptores termomagnéticos del motor de la trituradora.

3. Para obtener el tamaño adecuado de la piedra triturada, se ajustó la separación mínima de las mordazas a 3.2 mm. (0.125”), girando con la mano la palanca reguladora de las placas de control. Una solera de acero de 1/8” de espesor (3.175 mm.) vertical entre la mordaza estacionaria y la mordaza móvil, se empleó como patrón de referencia para lograr la separación deseada entre las mordazas.

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4. La cantidad de piedra a emplear, se almacenó en 12 costales, pesando cada uno de ellos, 75 kg. (165 lb), dando un total de 900 kg. (1980 lb.) para cada prueba. La figura 4.5 muestra 75 Kg. de roca antes de ser triturada.

Fig. 4.5, 75 Kg. de roca.

5. Ayudándose con bote y pala, se fue colocando la roca en la tolva de alimentación (fig.4.6), regulando el flujo para evitar atascos de la máquina y al mismo tiempo conservar la zona de trituración llena, hasta lograr triturar 225 kg. (495 lb.) de piedra.

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6. Después de triturar los 225 kg. de roca, se ajusta nuevamente la separación de las mordazas para conservar el tamaño de la roca a 3.2 mm. La figura 4.7 muestra tamaños de piedras tomados aleatoriamente antes y después de ser trituradas.

Fig. 4.7, Piedra morainal. A la entrada de la máquina con una medida en su lado más largo de 50.8 mm. (2 in.) y a la salida con una medida no mayor a 3.2 mm.

7. Los pasos 5 y 6 se repitieron hasta triturar 900 kg. (1980 lb). La roca triturada no puede ser utilizada para realizar otra prueba de abrasión. Por ello, se debe almacenar o depositar en un lugar apropiado, para evitar efectos negativos al ambiente.

8. Cuando los 900 kg. (1980 lb) de roca de prueba fue triturada, se apagó el motor, se retiró la piedra triturada, y se desmontaron las probetas.

9. Se limpiaron las probetas con estropajo o fibra y una solución de agua con detergente. Se enjuagaron con agua, se secaron con estopa y se enjuagaron nuevamente con alcohol para evitar formación de óxido en la superficie tratada y para finalizar, se expusieron a la intemperie hasta que quedaron totalmente secas.

10. Las probetas de prueba y de referencia fueron pesadas y su masa fue registrada. 11. Se hicieron los cálculos correspondientes para obtener la masa y volumen

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4.2 Características de la roca (material abrasivo)

La roca, como material abrasivo de prueba es muy diverso. Según su formación, ésta se puede clasificar como: ígnea, sedimentaria o metamórfica. Las rocas ígneas se forman por la solidificación del magma; las sedimentarias se forman por la consolidación de materiales transportados. Finalmente, las rocas metamórficas, son producto de someter rocas ígneas y sedimentarias a procesos de alta temperatura y/o presión.

En cada tipo principal de rocas, existe una gran variedad de composiciones y formas. Además, son muy diversas las propiedades que presentan.

Para realizar la prueba de abrasión severa, se recomienda que la roca debe ser dura, resistente y con un tamaño entre 25 y 50 mm; por lo que se empleará roca morainal dura, con una composición que se muestran en la tabla 4.1. Sin embargo, la composición y dureza de la roca, no suelen ser críticas para la prueba. La grava morainal, puede utilizarse ligeramente húmeda al momento de la prueba; es decir, debe drenarse durante 24 horas, antes de la prueba; para otros materiales, no se han estudiado los efectos de la humedad. [20]

Tabla 4.1, Composición química de la roca morainal dura.

% Cuarzo y cuarcita % Basalto % Granito y gneis % Caliza y lutita

18 28 20 34

Además, es necesario especificar la granolumetría de las rocas (forma y distribución del tamaño), ya que tiene una gran influencia en la prueba de desgaste; debido a que condicionan la carga, la resistencia y la transmisión de fuerzas de la máquina.

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A menudo, la forma de las rocas se establece en términos tales como: esférica, redonda, angular, irregular o simplemente como roca triturada o natural. Pero también, se pueden caracterizar mediante formas geométricas muy regulares, tales como: esférica, cilíndrica, elíptica, cúbica, prismática, plana o sin forma. Para tener alguna referencia, al menos de forma visual, la figura 4.8, muestra la identificación de los grados de esfericidad y angularidad de las rocas [18]. Para estas pruebas el grado de redondez de las rocas empleadas es el correspondiente al número 4, según la figura 4.8.

Figura 4.8, Formas aproximadas de las rocas, Comparación visual de la esfericidad y redondez

4.3 Características de los aceros CA-1215, A-36, Cold relled 1018, TX10-T y Aluminio 6061-T6

4.3.1 Dureza

Se realizaron pruebas de dureza a los materiales de acuerdo a la norma NMX-B-116- 1996 la cual describe el “método de prueba para la determinación de la dureza brinell en materiales metálicos” [19],empleando los equipos siguientes:

a) Esclerómetro DIGIMESS DP300 (Portable hardness tester) b) Máquina MITUTOYO

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Nota: Para ambas pruebas, las superficies de las probetas fueron preparadas, dejándolas con acabado espejo para evitar errores en las medidas de dureza.

a) Esclerómetro DIGIMESS DP300 (Portable hardness tester). Fig. 4.9. Con este equipo de pruebas, las lecturas se obtuvieron de manera inmediata ya que cuenta con una pantalla donde muestra los resultados segundos después de haber liberado el obturador del martinete o sonda de prueba.

El empleo de este aparato es sencillo y se lleva a cabo como se describe en los siguientes pasos:

1. Se limpia perfectamente la probeta

2. Se coloca un bloque sobre la mesa. este es empleado para evitar que haya pérdida en la fuerza que el esclerómetro transmite a la probeta al momento de golpearla.

3. Se unta pasta especial en la base de la probeta que asentará en el bloque para que esta quede totalmente adherida.

4. Se conecta el martinete o sonda de prueba al esclerómetro 5. Se enciende el esclerómetro presionando el botón “ON”

6. Desde el menú que presenta en pantalla, se selecciona el tipo de dureza a medir. 7. Se coloca firmemente el martinete o sonda de prueba sobre la probeta y se

acciona el opturador para liberar el indentador.

8. Se registra la dureza obtenida del ensayo la cual es mostrada digitalmente en la pantalla del esclerómetro.

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a) b) c)

Fig.4.9, a) Esclerómetro DIGIMESS DP300 (Portable hardness tester), b) Martinete o sonda de prueba del esclerómetro, c) Ensayo de dureza.

Tabla 4.2, Valores promedios de durezas, obtenidos con el Esclerómetro DIGIMESS DP300.

Material Dureza obtenida (HB)

Acero CA-1215 264

Acero TX10-T 295

Cold Rolled 1018 220

Acero A-36 160

Aluminio 6061-T6 95

b) Máquina MITUTOYO. Fig. 4.10.

El empleo de esta máquina no es más complejo que el uso del esclerómetro, sólo que esta no arroja los resultados de forma inmediata. El procedimiento para realizar el ensayo es el siguiente:

1. Se selecciona el indentador (balín) adecuado con sus accesorios y es montado en la máquina.

2. De acuerdo a la carga seleccionada para la prueba, se colocan contrapesos en las balanzas laterales cuidando que el peso se distribuido en ambas.

3. La probeta se limpia perfectamente y es colocada en la máquina, asegurándose que asiente perfectamente y la superficie superior de esta permanezca horizontal.

TRIBOLOGÍA 4. Verificar que la válvula de presión este cerrada.

5. Se aplica la fuerza tomando firmemente la palanca, y bombeando hasta obtener el valor adecuado, verificando en el dinamómetro que durante el tiempo de aplicación esta no disminuya.

6. Cuando haya transcurrido el tiempo que se determinó para la prueba, abrir gradualmente la válvula de presión, evitando que las pesas caigan con fuerza y golpeen la máquina.

7. Es retirada la probeta con la huella que el indentador ha dejado en ella.

8. Con ayuda de un microscopio electrónico con escala en la mirilla, se mide y registra el diámetro de la huella desde sus bordes.

9. Finalmente, para obtener la dureza de los materiales es empleada la siguiente fórmula [19]:

HB = ⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯ π D (D - √ (D2 – d2)) Donde:

P es la carga aplicada en newtons [N (kgf)*]; D es el diámetro del balín, en milímetros;

d es el diámetro medio de la huella, en milímetros; * un 1 kgf = 9,806 65 N.

a) b)

Fig. 4.10. Laboratorios de ESIME “CULHUACAN” IPN. Máquina MITUTOYO. a) Vista general, b) Palanca para aplicar la fuerza de prueba y dinamómetro para regular la misma.

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Tabla 4.3, Valores promedios de durezas, obtenidos con la máquina MITUTOYO Material Dureza obtenida (HB)

Acero CA-1215 262

Acero TX10-T 291

Cold Rolled 1018 221

Acero A-36 159

Aluminio 6061-T6 93

Como se ha observado en las tablas 4.2 y 4.3, las durezas obtenidas en ambos experimentos no varían por mucho, por lo que se tomó un valor promedio de éstas para fines de cálculo, tabla 4.4 y fig. 4.11.

Tabla 4.4, Valores promedios de las durezas empleados para fines de cálculo. Material Dureza obtenida (HB)

Acero CA-1215 263

Acero TX10-T 293

Cold Rolled 1018 222

Acero A-36 158

Aluminio 6061-T6 94

Fig. 4.11. Gráfica que muestra los resultados promedio de las durezas obtenidas con el Esclerómetro DIGIMESS DP300 y la Máquina MITUTOYO.

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Algunas de las probetas ensayadas se muestran para que se observen las diferencias entre las huellas hechas por el esclerómetro y la máquina Mitutoyo. En la figura 4.12 se observan pequeños puntos, casi imposible de verse los cuales pertenecen a la prueba con esclerómetro, y las huellas fácilmente identificables son las realizadas por la máquina Mitutoyo.

Fig. 4.12. Probetas sometidas a prueba de dureza con Esclerómetro DIGIMESS DP300 y Máquina MITUTOYO.

4.3.2 Composición química

Tabla 4.5, Composición química del aluminio 6061-T6.

% Si % Fe % Cu % Mn % Mg % Cr % Zn % Ti % Otros % Al 0.4 – 0.8 0.7 0.15 – 0.40 0.15 0.8 – 1.2 0.25 0.15 0.15 0.15 Resto

Tabla 4.6, Composición química del acero Cold Rolled 1018.

% C % Mn % P % S 0.15 – 0.20 0.6 - 0.9 0.04 máx. 0.05 máx.

Tabla 4.7, Composición química del acero TX10-T.

% C % Si % Mn % Cr % Ni % Mo

0.40 0.25 0.68 0.80 1.00 0.25

Tabla 4.8, Composición química del acero A-36.

% Mn % P % S % Si

0.4 – 0.6 0.04 0.04 0.20 - .035

Tabla 4.9, Composición química del acero CA-1215.

% C % Si % Mn % Cr % Mo % V

TRIBOLOGÍA CAPÍTULO V

In document ESTUDIO EXPERIMENTAL DE LA ABRASION SEVERA (GOUGING) EN MATERIALES EMPLEADOS PARA LA CONSTRUCCION NAVAL. (página 91-105)