INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERIA MECANICA Y ELECTRICA UNIDAD PROFESIONAL AZCAPOTZALCO.
¨INFLUENCIA DEL CONTENIDO DE CARBONO EN LA PRUEBA DE RESISTENCIA DEL DESGASTE DE LOS ACEROS¨
TESIS
PARA OBTENER EL TITULO DE : INGENIERO MECANICO
PRESENTA:
DANIEL TRINIDAD ROSALES
MÉXICO D.F. 2005
AGRADECIMIENTO
Dios mío, por permitirme gozar de este bello omento en mi vida rodeado de mis papas, de mis hermanos y de todas las personas que m
y de los profesores de sta noble institución, como es el Instituto Politécnico Nacional, que sin duda ompartieron sus conocimientos a lo largo de muchos años y que con mucha me realice como un profesionista as, sino que me dieron las herramientas para enfrentarme a esta vida que cada ves es ma
Gracias Mamá por estar conmigo en todos los momentos difíciles de esta larga l.
diera lograr is metas.
racias Mamá, es mas que suficiente ara ti, por eso te digo Gracias Mama por haberme hecho un hombre de bien.
Hoy quiero darte las gracias m
e aprecian y que sin duda están orgullosos por este gran logro obtenido en mi vida.
Gracias dios mío, por darme virtudes y defectos para poder valorar las cosa que me diste en este mundo, y quiero pedirte que me des la inteligencia para afrontar esta nueva etapa de mi vida y ser un digno profesionista de esta noble casa de estudios.
Hoy en este día que por fin logro una de las metas mas anheladas en mi vida, de ver realizado el gran esfuerzo de mis padres de mis hermanos
e c
constancia y dedicación no solo lograron que hoy m
s difícil, por eso hoy solo quiero decirles gracias:
A mi Mamá Martina Rosales Flores
carrera profesiona
Gracias Mama de levantarte día con día con el anhelo de ver a tu hijo realizar sus sueños
Gracias Mama de limitarte muchas cosas que quizás deseabas realizar, de darme la fuerza para terminar esforzándote día y noche para que yo solo pu
m
Y puedo seguir escribiendo miles de palabras para agradecerte todo lo que has realizado por mi, pero yo se que con solo decirte G
p
A mi Papa Juan Demetrio Trinidad.
Hace un s juntas de la
ecundaria y de vocacional, del porque, siempre tenia que trabajar en vez de estar onmigo y hoy que al fin cumplo esta meta, me doy cuenta que si, que siempre estuvo on migo, de que siempre quiso ganar un peso para que nada me faltara en la escuela fueron en or eso solo o y tus la fuerza para realizar nuevas metas en mi vida. Gracias Papá.
mis hermanos Miguel Ángel, Jeid
todos felices itieron s digo
os que injusto nte muy meta por
haber ta tan
Y gracias a esta gr Politécnico Nacional de
os años me preguntaba del por que mi papá nunca fue a la s
c c
y que gracias a su ejemplo hoy sabe que todas sus fuerzas para trabajar no ano, por que hoy me ha dado lo mejor que el pudiera haberse imaginado, p v
quiero decirte gracias papá, gracias por confiar en mi, gracias por todo tu esfuerz
años de dedicación que hoy me hacen sent en verdad ser un hombre de bien y me da ir
A y y Marisol.
Gracias a mis tres hermanos que nunca perdieron la fe en mi, gracias por sus consejos, que hoy sin duda rinden frutos en mi, gracias por los momentos que le dieron a mi vida que son de gran importancia y valor para mi, ya que perm realizar mis sueños y se que hoy están orgullosos de mi, gracias solamente le gracias hermanos.
A mis maestros.
ll A mis profesores, con los que conviví por muchos años, a todos aque pusieron sus conocimientos en beneficio de mi persona, que seria muy mencionar nombres por que a lo mejor olvidaría algunos, pero se que se sie satisfechos consigo mismo cuando miran que alguno de sus alumnos logra la la cual ha luchado durante varios años y hoy solo quiero darles las gracias.
Y en especial a los Ingenieros: Salvador Rubén Ayala y Octavio al compartido sus conocimientos y tiempo para que yo pudiera lograr esta me anhelada de presentar hoy mi examen profesional.
Al Instituto Politécnico nacional.
an Institución, como lo es el Instituto
ue con esfuerzo y dedicación tratare de ser darme la oportunidad de ser parte de ella, q
un digno representante de ella en esta nueva etapa de mi vida como profesionista, y dejar muy en claro día con día de la grandeza y nobleza de mi Institución.
INFLUENCIA DEL CONTENIDO DE CARBONO EN LOS ACEROS AL DESGASTE
1.3. Desgaste adhesivo --- 12
1.3.1. Mecanismo de rayado y adhe --- 13
1.3.2. Efecto de la película en la superficie --- 15
1.3.3. Característi --- 15
1.3.4. Criterio para la selección del material --- 16
. 3 1.5.1. Teorías sobre la corrosión por rozamiento --- 25
1.5.2 Factores que intervienen en la corrosión por rozamiento --- 25
1.5.3. Control de la corrosión por rozamiento --- 28
CAPITULO II PROPIEDADE ROS química --30
T Objetivo --- 1
Introducción --- 3
CAPITULO I DESGASTE 1.1. Tipos de desgaste --- 6
1.2. Fricción y desgaste --- 7
1.2.1. Factores que influyen en el desgaste --- 9
sión --- cas de las películas de oxido --- 1.3.5 Control del desgaste adhesivo --- 17
1.4. Desgaste abrasivo --- 18
1.4.1 Teoría del desgaste abrasivo --- 19
1.4.2. Tipos de desgaste abrasivo --- 20
1.4.3. Control de la abrasión --- 22
1.5. Corrosión por rozamiento --- 2
S DE LOS ACE 2.1 Características del material --- 29
2.2 Clasificación de los aceros de acuerdo a su composición 2.3 Métodos de identificación de los aceros --- 36
2.4 emperaturas críticas de los aceros --- 39
CAPITULO III
CONSTITUYENTES MIC ROS
3.7. Características de la Martensita --- 46
3.8. Troostita --- --- 48
3.9. Sorbita --- 48
3.10. Bainita --- --- 49
.11. Transformación Austenita – Bainita --- 49
TRATAMIENTOS TERMICOS DE LOS ACEROS .1. Tratamientos térmicos mas usados --- 52
4.1.1 Tratamientos en los que hay cambios de composición --- 55
.2. Recocido y temple --- 56
.2.1. Calentamiento para el recocido de regeneración y temple --- 57
CAPITULO V RECOCIDO .1. Etapas del recocido --- 62
.2. Trabajado en caliente --- 63
.3. Velocidad de enfriamiento en el recocido de regeneración con austenización completa --- 64
.4. Terminación del recocido --- 65
.5. Recocidos más recomendables --- 66
.6. Recocido de ablandamiento --- 67
ROSCOPICOS DE LOS ACE 3.1. Ferrita (Hierro α) --- 41
3.2. Cementita --- 42
3.3. Perlita --- 42
3.4. Austenita --- 44
3.5. Martensita --- 45
3.6. Transformación Austenita – Martensita --- 45
--- --- 3 3.12. Carburos --- 50
3.13. Distribución y efecto de elementos aleados --- 51
CAPITULO IV 4 4 4 4.2.2. Temperaturas convenientes para el recocido y el temple --- 59
4.2.3. Duración del calentamiento en el recocidos y temple --- --- 60
5 5 5 5 5 5
CAPITULO VI TEMPLE
6.1. Teoría de temple (enfriamiento) ------ 68
T M T --- 74
6.6. T .2. Modificación de los constituyentes microscópicos --- 79
.3. Doble revenido --- 80
.4. Influencia de la duración d el revenido en la dureza --- 82
.5. Colores del revenido --- 83
CAPITULO VIII DUREZA .1. Definición de dureza --- 84
.2. Método de dureza Rockwell --- 84
.3. Tiempo de aplicación de la carga --- 86
.4. Procedimiento del método de dureza Rockwell --- 86
6.2. Temple de los aceros hipoeutectoides --- 71
6.3. emple de los aceros hipereutectoides --- 71
6.4. edio de enfriamiento más empleado en el temple de los aceros --- 72
6.5. emplabilidad o penetración de temple --- emplabilidad en los elementos de aleación --- 76
CAPITULO VII REVENIDO 7.1. Modificación de las características mecánicas --- 77 7
7 7 7
8 8 8 8
CAPITULO IX
--- 97 9.4. Ensayo de dureza de los aceros 1045, 1018 Y 01 después del
or rozamiento y abrasión de los aceros
1045, 1018 y O1 --- 104 ESAYO DE DESGASTE EN ACEROS 1045, 1018 Y 01.
9.1. Características de los aceros 1045, 1018 Y 01 en estado
de suministro --- 87 9.2. Ensayo de dureza Rockwell C --- 93 9.3. Temple de los aceros 1045, 1018 Y 01 ---
Temple --- 98 9.5. Revenido de los aceros 1045, 1018 Y 01 --- 100 9.6. Ensayo de dureza de los aceros 1045, 1018 Y 01 después
del revenido --- 102 9.7. Ensayo de desgaste p
9.8. Conclusiones --- 138
Objetivo
ciar con mayor detalle este tipo de fenómeno físico como lo es el desgaste.
que en la industria nos permita el mayor ahorro de recursos económicos n beneficio de la empresa.
e otros cálculos de elementos de máquinas, los cojinetes de rodamiento e seleccionan considerando la vida útil que se desea que tengan. Esto significa que la ida infinita no es posible de alcanzar y debemos pensar que los rodamientos son lementos de desgaste que deben ser reemplazados periódicamente para evitar daños l mecanismo en el cual están montados. Este reemplazo se realiza bajo el concepto de anutención preventiva, en donde el rodamiento es reemplazado justo antes de que lle. La falla debe entenderse como un grado de desgaste tal que provoca vibraciones n el eje, apreciables auditivamente por un zumbido característico.
El objetivo principal de esta tesis profesional es, la adecuada selección de materiales para ciertas condiciones de trabajo, en este caso se utilizaran tres tipos de aceros (01, 1045 y 1018) sometidos a diferentes condiciones de desgaste. Ya que en la industria son una causa común de fallas en los equipos de trabajo, en mi vida profesional he tenido la oportunidad de desarrollarme en un área donde puedo apre
Al someter a los tres tipos de aceros (01, 1045 y 1018) a diferentes condiciones de desgaste, nos permite comprender la adecuad selección de el material correcto, basándonos en la mayor resistencia al desgaste que nos pueda proporcionar el material, lo
e
Algunos de los elementos donde se puede apreciar con mayor eficiencia las condiciones de desgaste en la vida profesional es en los cojinetes de rodamientos.
A diferencia d s
v e a m fa e
on muchos los factores que afectan la vida útil, los más importantes son la magnitud de las
El des S
cargas, la dirección de las cargas, la velocidad de giro, las deformaciones del eje, la desalineación, la calidad de la lubricación, la temperatura de operación y la limpieza.
Se utilizaran en este capítulo tres fórmulas para estimar la vida del rodamiento, las cuales varían en complejidad al considerar más variables en el cálculo.
Los rodamientos son piezas de acero aleado con cromo, manganeso y molibdeno, para facilitar la ejecución de rigurosos tratamientos térmicos y obtener piezas de gran resistencia al desgaste y a la fatiga. En la selección de los materiales, deben tomarse en consideración las temperaturas de operación y una adecuada resistencia a la corrosión.
gaste no puede evitarse en los materiales, pero si se puede lograr una mayor resistencia de este fenómeno con los diferentes tratamientos térmicos que se conocen actualmente y el conocimiento de los datos técnicos que nos proporcionen el conocimiento para la mejor selección de los materiales para las diferentes condiciones de trabajo.
INTRODUCCIÓN
El desgaste puede definirse como el deterioro de la superficie debido al uso.
Ocurre
te.
a todas las manifestaciones del esgaste. Este fenómeno esta afectado por toda una variedad de condiciones, tales como
ensa de ajuste forzado. Por lo tanto no siempre es fácil, en ualquier aplicación dada, deducir que tipo de desgaste a ocurrido.
La falta de acuerdo general en la nomenclatura y la falta de definición eficaz de las dif
contra no metal, o bien una lubricación que en un principio era adecuada podría fallar poster
en una amplia variedad de operaciones, y en algunas industrias es muy elevado el gasto anual por concepto de reposición de piezas desgastadas. El desgaste puede ser destructivo o normal; pero aun cuando sea normal puede ser más severo de lo deseable, debido a la frecuencia con que tengan que reponerse esas partes. Ningún elemento de maquina es inmune al desgaste; este fenómeno se manifiesta siempre que exista carga y movimiento. El escofinado de los pistones en los motores de combustión interna, las picaduras y socavaduras en los engranes de transmisión, el rozamiento en prensas de ajuste forzado y la corrosión por cavitación en la superficie de un cilindro, son manifestaciones del desgas
No hay una regla general que sea valida par d
tipo y modo de la carga, velocidad, cantidad y tipo de lubricante, temperatura, dureza, acabado de la superficie, presencia de materiales extraños y naturaleza química del medio. Así como las condiciones varían en cada aplicación, también lo hacen las correspondientes manifestaciones de desgaste, además en la práctica, el desgaste es, generalmente una combinación de una o más formas elementales. Por ejemplo, las pequeñas partículas resultantes del raspado pueden causar desgaste abrasivo o bien la corrosión puede quedar totalmente volada por el raspado originado por el rozamiento en una pr
c
erentes manifestaciones del desgaste (tales como escofinado, raspado, abrasión y corrosión) complican aún mas el tema. Sin embargo, un método lógico de clasificar el desgaste sería según la naturaleza de la superficie de contacto.
1. Metal contra metal.
2. Metal contra no metal.
3. Metal contra fluido.
Esta clasificación, a su vez, puede subdividirse en condiciones lubricadas y no lubricadas, fricción por deslizamiento o rodamiento, etc. Además, las condiciones pueden cambiar, y lo que inicialmente era metal contra metal podría volverse metal
iormente. Por esa razón, la clasificación anterior pierde su utilidad en la práctica real de la ingeniería, por lo que se prefiere agrupar en términos de común compresión.
INTRODUCCIÓN
spado, escofinado, rayado y desbastado
el medio, entre las superficies en contacto. Estas partículas primero enetran en el metal y después rayan o desgarran partículas metálicas, según su intensi
dura
na grieta que separa una partícula del cuerpo principal del material. La cavidad así formad
ial.
Ludimiento, ra
Aunque existen algunas diferencias entre estas formas de desgaste, según la severidad de la acción, desde el punto de vista de la ingeniería pueden ser agrupadas bajo un solo titulo. Probablemente el tipo más importante de desgaste, puede denominarse una forma adhesiva de dicho fenómeno. Está causado por la acción cortante de microsoldadura formadas entre las asperezas de la superficie que realmente llevan la carga entre dos superficies correspondiente. Este tipo de desgaste se presenta por la falla de la película que normalmente separa a las dos superficies. A su vez, la falla de la película está ocasionada por altas temperaturas, presiones y velocidades de deslizamiento.
Abrasión
El desgaste abrasivo o de tipo cortante tiene lugar siempre que están presentes partículas extrañas duras, tales como areniscas de metal, óxidos metálicos y polvo y areniscas d
p
dad, el desgaste abrasivo puede ser en forma de socavadura o de rayado. El desgaste abrasivo es uno de los mas comunes encontrados en la práctica de la ingeniería, y es probablemente la mayor causa aislada de desgaste en muchas aplicaciones de maquinas.
Socava
Las socavaduras, la corrosión por socavadura, el astillamiento, las grietas y las picaduras constituyen fenómenos del mismo tipo, pero el astillamiento es probablemente el más común por lo general se atribuyen a la repetición cíclica de los esfuerzos de contacto entre dos superficies correspondientes, tales como un par de engranes o un anillo de bolas, sujetos a una carga. La intensidad del esfuerzo causa u
a es una socavadura, de la cual suele dispersarse parte del material hacia fuera, por astillamiento. En el carácter destructivo de las socavaduras interviene una multitud de factores, tales como los altos esfuerzos producidos por contacto, acción deslizante acompañada por acción de rodamiento, posible formación de una honda elástica delante del área instantánea de contacto, escurrimiento de superficie y fatiga superfic
Deberá distinguirse entre las socavaduras incipientes, que pueden ser borradas por subsecuentes acciones de desgaste y las socavaduras destructivas que conducen a falla o fatiga.
IN
or movimientos recíprocos entre las superficies de desgaste, limitados por na fuerza normal, como en las prensas de ajuste forzado. El daño puede variar, desde la sim
entonces convertirse en n óxido abrasivo que causa el grave daño. El daño por rozamiento ocurre en las chuma
bono en s aceros varia desde 0.0355 a 1.7 % llegando en algunos casos excepcionales a 2.2%.
ontra este fenómeno de desgaste ya que algunos acero pueden alcanzar urezas similares pero teniendo un comportamiento muy diferente contra el desgaste.
de colada la designación del acero para evitar que unos materiales se confundan con otros.
piezas de un acero para temple en agua no se
TRODUCCIÓN
Rozamiento
El rozamiento o corrosión por rozamiento (también conocida como falsa brinelización, desgaste por oxidación, oxidación por fricción y fatiga por frotamiento) se caracteriza p
u
ple alteración de las superficies de contacto, hasta el desgaste de 1/16¨ (1.59 mm) del material. Además, la superficie puede mostrar la formación de una gran parte de material corroído, o puede presentar un aspecto intensamente ludido con poco oxido. Una teoría provisional considera que el movimiento oscilatorio rompe cualquier película de naturaleza protectora que lleve la superficie, haciendo que el material se adhiera y se desprenda en cada oscilación. Los restos pueden
u
ceras de las ruedas delanteras de los automóviles (falsa brinelización), en pivotes, en los balancines o palancas de vaivén, en propulsores de paso variable, en trenes de aterrizaje, en las levas seguidoras de la industria textil y en los contactos eléctricos.
Los aceros que se emplean en la industria, son aleaciones y no metales puros como el oro, la plata, el estaño, etc. De sus numerosos componentes, el hierro es el elemento que entra en mayor proporción, y el carbono el que ejerce influencia más decisiva en sus propiedades, características y tratamientos. El contenido de car
lo
Para nuestro estudio de la influencia del contenido de carbono con el desgaste en los aceros es de gran importancia un tratamiento térmico adecuado y observar como la influencia de algunos componentes de aleación nos proporcionan la mayor resistencia c
d
El tratamiento térmico de un acero depende de su composición química y del mecanizado posterior. Por eso, debe conocerse entes del tratamiento el tipo de acero del que son las piezas. El material en barras debe estar marcado con colores característicos del material y las piezas brutas y forjadas llevarían el número
y
También es conveniente que las herramientas, como matrices y troqueles, lleven la designación del material. Cuando no se conoce el material, aumenta el peligro de rechazos por que el tratamiento térmico que ha de aplicarse es diferente para los distintos aceros. Las herramientas de aceros para temple en aceite se agrietan si se las templa en agua, mientras que las
endurecen cuando se las enfría en aceite.
INTRODUCCIÓN
Tratam
de recocido que se emplean en la dustria se pueden clasificar en tres grupos: Recocido con austenización completa, recocid
temperaturas geramente más elevadas que la crítica superior, seguido de un enfriamiento en aire tranqu
sufrido trabajos en caliente, trabajos en frió, nfriamientos irregulares o sobrecalentamientos, y también sirve para destruir los efecto
Temple. El temple tiene por objeto endurecer y aumentar la resistencia en los aceros
los ceros templados, s eliminan las tensiones creadas en el temple y se mejora la tenacidad, quedando además el acero con la dureza o resistencia deseada.
Tratamientos isotérmicos de los aceros. Reciben este nombre ciertos atamientos, en los que el enfriamiento de las piezas no se hace de una forma regular y rogresiva, sino que se interrumpe o modifica a diversas temperaturas durante ciertos tervalos, en los que permanece el material a temperatura constante durante un empo, que depende de la composición del acero, de la mas a de las piezas y de los
sultados que se quieran obtener.
ientos térmicos más comunes
Los tratamientos térmicos más usados son: El recocido, temple, normalizado, revenido, cementación, nitruración, temple en baños de sales, temple en baño de plomo, etc.
Recocido. Con este nombre se conocen varios tratamientos cuyo objeto principal es ablandar el acero; otras veces también se desea además regenerar su estructura o eliminar tensiones internas. Consiste en calentamientos a temperaturas adecuadas, seguidos generalmente lentos. Las diferentes clases
in
o subcríticos y recocidos con austenización incompleta.
Normalizado. Este tratamiento consiste en un calentamiento a li
ilo. De esta forma se deja el acero con una estructura y propiedades arbitrariamente se considera como normales y características de su composición. Se suele utilizar para piezas que han
e
s de un tratamiento anterior defectuoso. Por medio del normalizado se eliminan las tensiones internas y se uniformiza el tamaño de grano del acero. Se emplea exclusivamente para los aceros de construcción al carbono o de baja aleación.
. Para ello, se calienta en general el acero a una temperatura ligeramente mas elevada que la crítica superior y se enfría luego más o menos rápidamente (según la composición y el tamaño de la pieza) en un medio conveniente, agua, aceite etc. En los aceros de herramienta en el calentamiento para el temple solo llega a la austenización incompleta.
Revenido. Es un tratamiento que se da alas piezas de acero que han sido previamente templadas. Con este tratamiento que consiste en un calentamiento a temperatura inferior a la critica Ac1. Se disminuye la dureza y la resistencia de a
tr p in ti re
INTRODUCCIÓN
el que el material caliente, a una
m superior, se enfría en un baño de
a temperaturas comprendidas entre 200° y 400°, ante un tiempo que debe controlarse cuidadosamente que debe ser suficiente para que iguale la temperatura en toda la masa, antes de que n nin
Cianuración. Es un tratamiento parecido a la cementación, en el que el acero bsorb
de las piezas de acero sin que con ello se aumente mucho la dureza.
o superficial a baja temperatura, n el
osterior.
Para nuestro estudio de desgaste nos enfocaremos en dar tratamiento térmico e temple y revenido a nuestras probetas de acero ya que necesitamos la mayor ureza posible del material siendo que esta dureza sea lo mas homogénea posible.
Martempering. Es un temple escalonado en peratura ligeramente mas elevada que la crítica te
sales, también caliente, ermaneciendo en la piezas dur p
y
e guna parte de ella se inicie la transformación de la austenita, y luego se enfría al aire. De esta forma se consigue que la transformación de toda la masa del acero se verifique casi al mismo tiempo, evitándose desiguales y peligrosas dilataciones que ocurren en los temples ordinarios, en los que las transformaciones de las distintas zonas del material ocurren en momentos diferentes.
Cementación. Por medio de este tratamiento se modifica la composición de las piezas, aumentando el contenido en carbono de la zona periférica, obteniéndose después, por medio de temples y revenidos, una gran dureza superficial.
a e carbono y nitrógeno en la zona superficial, quedando luego esa zona periférica muy dura después de un temple final.
Sulfinización. Es un tratamiento que se da a los aceros a 565° aproximadamente en baños de sales de composición especial y que mejora extraordinariamente la resistencia al desgaste. Esa mejora se consigue por la incorporación del azufre a la superficie
Nitruración. Es un tratamiento de endurecimient
e que las piezas de acero templadas y revenidas al ser calentadas a 500° en contacto con una corriente de amoniaco, que se introduce en la caja de nitrurar, absorben nitrógeno, formándose en al capa periférica nitruros de gran dureza,
uedando las piezas muy duras sin necesidad de ningún otro tratamiento p q
d d
CAPITULO I DESGASTE
e estas dos últimos, o el desgaste puede deberse a un plitudes. Un metal puede interactuar con un no ricante o agua de mar, los tipos de desgaste se era, dependiendo de la naturaleza del movimiento o de los edios que intervienen en una interacción de metales bajo carga.
Desga
rasivas producidas por los residuos del desgaste o partículas xtrañas de arena y polvo circundante permanecen atrapadas en la superficie eslizante y eliminan material principalmente por la formación de surcos.
FIGURA No. 1.1
Desgaste por rozamiento o fatiga de dos probetas de acero.
1.1 Tipos de desgaste
Siempre que hay movimiento relativo entre dos sólidos que soportan una carga existe una situación potencial de desgaste. En términos generales, se sabe que el movimiento puede ser unidireccional o de vaivén, ya sea deslizante o de rodamiento.
Puede existir una combinación d
movimiento oscilatorio de pequeñas am metal, o con un líquido, como aceite lub clasifican de la siguiente man
m
ste por adherencia
En este caso, el movimiento relativo puede ser por un deslizamiento unidireccional o de vaivén, o bien la interacción ocurre bajo carga en un contacto oscilatorio de pequeña amplitud. Se sabe que los picos superficiales que coinciden fluyen plásticamente y forman fuertes uniones endurecidas por el trabajo. A medida que estas se rompen bajo la tracción tangencial impuesta, los sólidos van perdiendo material.
Desgaste por abrasión Las partículas ab e
d
CAPITULO I DESGASTE
Otras
rial al desbastarse las capas uperficiales. Cuando las partículas duras inciden sobre los sólidos, se produce desga
desgaste han demostrado que este fenómeno puede explicarse por la formación y
pos s las superficies
cui irregularidades que resultan grandes en
comparación con las dimensiones moleculares, el área o zona real de contacto será muy p
la formación de uniones soldadas, localizadas en los puntos de contacto. La resistencia a la fricción se debe, en gran medida, a estas uniones, pero, en par iento del metal que se aparta de la trayectoria de la
asp término insignificante para la
ayoría de los materiales usados en aplicaciones de ingeniería y, expresaron así el coefic
p
ilidad de los metales es un factor importante para la resistencia nal de una junta. La alta solubilidad permite una mayor difusión de los metales entre sí cuyo e
ébil. La resistencia relativa de la ligadura determina donde ocurrirá la actura y, por lo tanto, la fuerza de fricción que se necesita.
formas de desgaste
El desgaste por ludimiento aparece como resultado del movimiento oscilatorio de dos superficies en contacto, como sucede en maquinas donde existe vibración entre las partes. El desgaste por fatiga surge como resultado de las cargas cíclicas, por ejemplo, en los baleros con rodillos que producen perdida de mate
s
ste por erosión, y cuando un componente rota en un medio fluido, habrá erosión por cavitación.
1.2 Fricción y desgaste
Numerosos experimentos sobre la fricción de los metales y el mecanismo de terior ruptura de uniones o empalmes metálicos. Puesto que toda
dadosamente preparadas contienen
equeño, y la presión local corresponderá a la presión de cedencia. Esta intensa presión provocará
te, también se debe al desplazam
ereza. Bowden y Tabor consideraron a este último m
iente de fricción:
s f =
donde s = resistencia al corte del mas débil de los materiales en contacto, p = resistencia al flujo del mas blando de los materiales en contacto.
Como se supone que existe una ligadura metalúrgica entre las partes en movimiento, la solub
fi
fecto de aleación contribuye a aumentar la resistencia del material que forma la unión. La baja solubilidad impide una difusión apreciable, formándose una ligadura relativamente d
fr
CAPITULO I DESGASTE
n de alta resistencia la fractura ocurrirá a una profundidad debajo de la superficie, porque la resistencia de las asperezas es mayor que la del material base.
En la el templado del material también aumenta la resistencia, or lo que la fractura ocurre en un punto donde los esfuerzos combinados sean
ma de baja resistencia, la fractura se origina
precisamente debajo de la superficie debido al templado.
es de una doble naturaleza, molecular-mecánica. Por una parte depende de que las fuerzas de interacción molecular logren superar la ligadura o afinidad entre dos superficies. Por otro lado, depende de la deformación volumétrica del
aterial debida a la penetración mutua, a la configuración geométrica de los elementos
en propiedades mecánicas. En la fricción pueden
intervenir los siguientes fenómenos:
1. orte del material penetrado, o deformación de una fisura con la separación del
En los dos últimos casos el desgaste ocurre por interacción molecular en la superf
destrucción de un cierto espesor del material.
En el primero y en el último de los casos, cada destrucción de una afinidad causa lases no deberían considerarse fricción ropiamente dicha, por ser grande el desgaste que entrañan. En el tercero y cuarto aso no hay destrucción del material, y por consiguiente corresponde a la fricción ideal.
En el segundo caso, ocurre un desgaste del material debido a la múltiple destru
valor de zona real de contacto conduce esfuerzos altos, resultando por consiguiente una def
necesa n el desgaste son
s siguientes:
1. Variables relacionadas con la metalurgia Dureza.
En una unió
mayoría de los casos, p
yores que la resistencia. Con una unión
La fricción
m
contacto, y a la relación entre las
C
material.
2. Formación de fisuras con desplazamiento plástico del material.
3. Deformación elástica del material
icie, ya sea:
4. Sin destrucción del material.
5. Con
desgaste del material. Por lo tanto, estas dos c p
c
cción de los puntos en contacto. El grado de destrucción corresponde aproximadamente al número de ciclos. Esto es característico de las fallas de material por fatiga en la superficie. Constituyen un caso intermedio en severidad, pero es en realidad el más típico de fricción y desgaste de metales, puesto que el pequeño
la
ormación platica.
La complejidad del desgaste se acentúa al considerar el número de factores rios para describirlo. Los principales factores que intervienen e
lo
CAPITULO I DESGASTE
nacidad
Constitución y estructura
Velocidad emperatura
Acabado de la superficie
ás, el desgaste que ocurre en la práctica es, en la mayoría de los casos, na combinación de una o mas formas elementales. Pequeñas partículas producidas
cepto de desgaste entraña la presencia de pequeñas partículas productoras de abrasión comiencen por penetrar en el metal y después causen deterioro en la superficie, introduciendo esfuerzos que la agrietan y conducen a su desgaste.
1.2.1 Factores que influyen en el desgaste
Adhesión y compatibilidad de metales
El grado de adhesión de los metales determina la magnitud del esfuerzo cortante producido entre las superficies en contacto. La solubilidad y el carácter de la aleación
de uniones).
enos uno de los metales sea del subgrupo B lo cual determina la afinidades formadas (tipo unión).
Te
Composición química
2. Variables relacionadas con el servicio Materiales en contacto
Presión T
3. Otros factores que contribuyen Lubricación
Corrosión Adem u
por raspado pueden resultar un desgaste abrasivo, o bien la corrosión por rozamiento en una prensa de ajuste forzado puede dar como resultado desgaste y daño posterior.
El con
de un par de metales indican la tendencia a formar una unión en la interfase. Por lo tanto para que el par de metales sea resistente, debe cumplir dos condiciones:
1. Que ambos metales sean mutuamente insolubles (lo cual determina el número 2. Que al m
resistencia de las ligaduras o
CAPITULO I DESGASTE
Dureza
Se sabe que por lo general, la tasa de desgaste decrece conforme aumenta la dureza del material, siempre que los demás factores permanezcan constantes. A fin de aumentar la resistencia al desgaste, debe incrementarse la dureza mediante aleación o tratamiento térmico. El templado o trabajo de endurecimiento no aumenta la resistencia
e los materiales al desgaste.
relación se pierde con el calor de fricción. Lipson anuncia omo regla general que ante esfuerzos inferiores a 1/3 BHN (aproximadamente en el punto de cedencia), el desgaste será independiente de la carga.
istancia
e ha determinado que la tasa de desgaste es linealmente proporcional a la distancia recorr
d Carga
Se ha descubierto que el desgaste se incrementa en forma casi proporcional a la carga. Sin embargo, esta
c
D S
ida. Los resultados experimentos realizados por Piggott y Wilman graficados en la figura Muestran que el desgaste se inicia linealmente y después describe una pauta exponencial.
El pat
nte la pérdida de volumen por unidad de istancia de deslizamiento se mide con tan Ø.
rón de una curva de desgaste típica OA es curvilíneo y es el desgaste inicial de acoplamiento (desgaste en el arranque inicial). AB es lineal y el desgaste en estado estacionario. La razón de desgaste dura
d
Temperatura
La tasa de desgaste se incrementa con la temperatura, debido a un decremento de la dureza, a un incremento de los riesgos de soldadura, a deformaciones plásticas y a corrosión por oxidación.
CAPITULO I DESGASTE
Veloc
ayor inclinación del gradiente de temperatura, y como el área efectiva de contacto puede reducirse, queda menos tiempo disponible para ceder
cubierto que para ciertas combinaciones de metales, las uperficies frotadas experimentan flujo y fusión del material. En otros casos se observó una m
uperficies
Conta
Los efectos corrosivos de los productos químicos y los efectos erosivos de las ustancias al fluir por una superficie, provocan desgaste en una forma que corresponde las condiciones ambientales existentes.
La experiencia con algunas partes de aviones indica que, a mayores altitudes y con e
balines, cuya naturaleza y extensión dependen de la magnitud de la corriente.
idad de deslizamiento
El decremento de la fracción y el desgaste al elevarse la velocidad de deslizamiento, se debe a la m
bajo la carga aplicada.
Freitag ha des s
arcada fragmentación de las capas superficiales.
Así pues, cabe concluir que, para altas velocidades de deslizamiento, el desgaste esta influido por dos factores:
1. Desarrollo de altas temperaturas.
2. Propagación de deformación plástica.
Acabado de las s
En términos generales, mientras mas áspera sea la superficie, más alta será la tasa de desgaste. Sin embargo, las superficies sumamente lisas y uniformes manifiestan altas fuerzas de interacción molecular, y pierden la capacidad de acumular contaminantes debido a la ausencia de los valles que de otra manera se localizan entre las asperezas relativamente grandes de una superficie rugosa.
minantes
Los contaminantes pueden ser benéficos (lubricantes o películas en la superficie) o perjudiciales (abrasivos). La presencia de películas o lubricantes de baja resistencia al corte para superficies sólidas reduce la fricción y el desgaste de las superficies que se deslizan entre si.
Efectos ambientales
s a
l progresivo enrarecimiento de la atmósfera, la tasa de desgaste aumenta en forma apreciable, a la vez que al fricción disminuye notablemente. Se observaron aumentos de las razones de desgaste en chumaceras de maquinas eléctricas. El flujo magnético y la corriente directa a través de estas chumaceras produjeron reblandecimiento de las huellas en la superficie y socavaduras o picaduras en
CAPITULO I DESGASTE
en el desgaste.
adhesivo Teoría
Esta teoría supone que al carga W entre dos cuerpos en contacto deslizante esta div
es la terial mas reblandecido. Si existe buena adhesión ent
cuerpo de fricción se determina multiplicando el área adherida por
la r = s/p, lo
cua área e
ificarse con la resistencia al orte en volumen y con la dureza del material. Esto introduce una grave dificultad en la evalua
nte al roducto del área de la sección transversal de las uniones por la resistencia del material en vol
nivelar las asperezas mas duras distribuyéndolas entre las más blandas.
Esta teoría se basa en la deformación plástica de los cuerpos cristalinos. Se supon
En atmósfera seca, la tasa de desgaste aumentaba hasta ser ocho veces mayores que las ocurridas en aire normal. El desgaste en oxigeno seco es ligeramente menor que en nitrógeno seco, lo cual sugiere que al combustión tiene poca participación
1.3 Desgaste del desgaste
idida entre un cierto numero de asperezas cuya área total A es igual a W/p, donde p presión de cedencia del ma
re las dos superficies por medio de sus asperezas, se considera que forman un solo . Entonces la fuerza
esistencia al corte de los dos cuerpos, F = As. De ello se obtiene f = F/W
l indica que el coeficiente de fricción es independiente de la carga a de la aparente n contacto.
Sin embargo, las cantidades s y p no pueden ident c
ción cuantitativa. Tiene lugar un flujo plástico que, acompañado de calentamiento y altas presiones locales, forma uniones soldadas entre las dos superficies. La resistencia de estas uniones determina la resistencia de la adhesión.
De esta manera, la fuerza necesaria para corta una determinada unión adherida en presencia de una carga normal, no seria loa misma que la que se requiere cuando no hay carga, como en el caso de una prueba convencional de corte. Sin embargo, se observa que cuando la adhesión sólida se presenta en las regiones de contacto real entre las superficies metálicas, la fuerza para cortar las uniones se aproxima basta
p
umen. Esta fuerza de fricción es aproximadamente el 80% de la fuerza tangencial necesaria para cortar la soldadura. El 20% restante requiere para
Teoría del entrelazado
e que las asperezas son deformadas plásticamente por movimientos bruscos generalmente ocurridos a lo largo de varios conjuntos de planos cristalográficos, causando asperezas en las interfases de contacto. Esto tiende a formar un entrelazamiento durante la deformación plástica. El efecto de entrelazamiento
CAPITULO I DESGASTE
ontribuye sustancialmente a la resistencia al movimiento tangencial. De esta manera, si un p
la
eoría cuántica
nde continuamente en el material a una velocidad conocida.
5.
e acuerdo con la teoría de la deformación plástica. Recientes investigaciones e Holliday con el microscopio electrónico, aportan pruebas sobre la existencia de cierto númer
a el desgaste, omparando conclusiones analíticas con observaciones prácticas.
c
ar de asperezas esta fuertemente entrelazado, tiende a ocurrir una fractura en la sección más débil dentro de una de las asperezas en lugar de presentarse en interfase.
T
Esta teoría representa un enfoque encaminado a formular modelos para los procesos de desgaste mecánico. Se basa en las siguientes cinco hipótesis:
1. Los materiales sujetos a fricción reciben energía en cuantos, todos los cuales son de la misma magnitud.
2. Los cuantos de energía se añaden a la superficie en ámbitos espaciados al azar sobre su superficie.
3. Los cuanto se añaden en momentos espaciados al azar en el tiempo.
4. La energía cuantizada que se agrega a la superficie, se difu
La energía suficiente en cualquier parte del material, hace que está se desprenda bajo la forma de partículas de desgaste.
De las tres teorías anteriores, la teoría de la adhesión es la más extensamente aceptada, para explicar satisfactoriamente casi todos los fenómenos reales de desgaste. Sin embargo muchos investigadores informan de desgaste por repartición, que esta d
d
o de mecanismos de desgaste, en algunos de los cuales se observaron deformación plástica y no indicios de soldadura. Parece, por lo tanto, que la deformación plástica desempeña en el desgaste un papel que podría ser la base para una explicación combinada del desgaste por adhesión y por deformación plástica.
La teoría cuántica representa un esfuerzo por formular leyes par c
1.3.1 Mecanismo de rayado y adhesión
Las superficies correspondientes de dos partes de maquinas no son lisas cuando se consideran a escala atómica, sino que presentan montes y valles. Estos picos o asperezas hacen que las superficies en contacto estén más estrechamente aproximadas de lo que podría indicar una consideración sobre los niveles superficiales medios.
CAPITULO I DESGASTE
En el caso de la lubricación en los linderos, las películas contaminantes a o entre las asperezas, por lo tanto, es ecesario tomar medidas para evitar el daño en la superficie cuando tal descomposición curra.
desnudo entran en contacto, tienden a adherirse entre si, Esta tendencia natural origina por la presencia de electrones en exceso, o por la carencia de suficientes electrones, en los átomos de las superficies de los metales.
n entre si, las adhesiones formadas tienen ue ambas partes metálicas, la fractura tra. Sin embargo, ocurrirá una cierta deformación plástica en al adhesión de las
las asperezas
continuame n.
de metal casionará rayado, mientras que la pérdida de una partícula de metal causará desgaste abrasi
etal más débil sufrirá fractura. En este caso, parte del metal más débil se dhiere al otro. La aspereza a la que se adhiere el metal será más grande y probab
te dependerá de que si el corte ocurre en la interfase o n el volumen del material. Como rara vez ocurrirá en la interfase, el daño será intenso.
Por esta razón, el deslizamiento en metales similares puede causar fuerte desgaste.
La transferencia de metal de una parte a otra ocasionará que una de las partes aparez
ir en una pauta lineal. Esta es la condición del rayado. Si se esarrollan suficientes adhesiones, la fuerza requerida para romperlas será superior a
la n, y los metales quedarán imposibilitados para
des
menudo se fragmentan, permitiendo el contact n
o
Cuando dos piezas de metal
Como las partes de los metales se desplaza que romperse. Si la unión formada es más débil q
ocurrirá en la interfase de los metales, con poca transferencia de metal de una parte a o
asperezas, cuya extensión depende de la resistencia de la unión. Como
tenderán a ponerse en contacto repetidamente conforme se repita el ciclo de operación, nte tendrán lugar pequeñas cantidades de deformació
El resultado de esto será un trabajo de endurecimiento de las asperezas con el consiguiente decremento en la ductilidad de los metales. Después de cierto tiempo, que dependerá de la cantidad de deformación en cada ocasión que s efectué el contacto, las asperezas se volverán frágiles y tenderán a romperse. El resultado puede ser la perdida de un pequeño fragmento de metal entre las partes. La transferencia
o
vo.
Si la adhesión entre las metales es mas fuerte que uno de los metales, o que ambos, el m
a
lemente encontrará más asperezas que antes. Además en lagunas áreas se desarrollará una condición de metales semejantes en contacto, ambos resultados tenderán a promover aún más adhesiones y más transferencia de metal.
La condición de metales semejantes en contacto causará uniones con fuerzas cohesivas. De esta manera, la resistencia de las adhesiones tenderá a hacerse mayor en estas áreas. El daño resultan
e
ca más desgastada. Este desgaste se presentará únicamente en las áreas de las asperezas y tenderá a ocurr
d
fuerza aplicada en la operació
lizarse entre sí. Esta es la condición de desbastado.
1.3.2 la película en la superficie
Despreciando la pequeña componente de repartición el coeficiente de fricción expres
p
Donde: s = resistencia al corte del mas débil de los metales en contacto.
p = presión que ocasiona flujo plástico en el metal más reblandecido, o con resistencia a la compresión en el punto de cedencia.
anera, la carga será soportada a través de la película por el material más uro de la base, mientras que el corte ocurre en la película delgada y blanda.
ricantes uidos, etc.
contaminante, además de reducir la sistencia al corte, consiste en actuar como antifundente para reducir la soldadura o la dhesión de las asperezas. Esto reducirá tanto la fuerza de fricción necesaria para rompe
sistencia de la película a la ruptura y, en consecuencia, una mayor rotección contra la soldadura.
1.3.3 ticas de las películas de oxido
1. Debe formarse una película.
2. La película de óxido debe ser adherente.
CAPITULO I DESGASTE
Efecto de
ado por Bowden y Tabor fue:
s f =
Para reducir el coeficiente de fricción y mantener fija la resistencia a la compresión, es necesario usar una película de baja resistencia al corte (reduciendo por lo tanto, el denominador del coeficiente de fricción sobre un cuerpo de alta resistencia.
De esta m d
El coeficiente de fricción depende de la resistencia al corte de la película en la superficie. Estas películas de baja resistencia al corte pueden ser de los siguiente tipos:
óxidos, películas de reactivos químicos (cloruros, sulfuros, etc.), metales, lub fl
Otra importante función de la película re
a
r estas soldaduras, como el desgaste originado por el rompimiento y al transferencia del metal de estas asperezas. Se obtiene mejor adhesión entre película y superficie, mayor re
p
Caracterís
Para reducir el desgaste al mínimo, son necesarias las siguientes propiedades de las películas de óxidos:
5.
e nsa y adherente que impida toda posterior oxidación del metal base.
V óxido
il se desmenuzará, permitiendo el contacto de metal a metal.
De amarre
deslizamiento. Con pocos amarres
CAPITULO I DESGASTE
3. La película no deberá ser demasiado gruesa (de otra manera provocaría abrasión.
4. La película de óxido debe tener un valor bajo de resistencia al corte.
Las propiedades de resistencia del óxido y del metal deben ser similares.
La adherencia de la película de óxido al metal base depende en gran medida de la proporción entre los volúmenes específico del óxido y del metal. Si esta razón es
a uno, el oxido depositado en el metal base puede formar una placa d igual o mayor
crustación de in
> 1 V metal
Si la razón de volumen es menor de uno, la película de óxido, relativamente frágil y quebradiza estará a tensión y tendera a romperse o a cortarse. Entre los metales de proporciones de volúmenes favorables que han demostrado formar óxidos adherentes, figuran el cobre, berilio, zinc, aluminio, silicio, plomo, cromo, molibdeno, fierro, cobalto
níquel.
y
Es preciso que el óxido y el substrato de metal base tengan propiedades mecánicas similares, para evitar que el óxido se desmenuce bajo la carga. Si el substrato metálico cede plásticamente bajo la película de óxido, la película
lativamente frág re
1.3.4 Criterio para la selección del material
Con objeto de prevenir el rayado y al adhesión de dos metales en contacto deslizante, sujetos a lubricación en los linderos, se han emitido dos criterios. El par
eslizante deberá:
d
1. Estar formado por metales mutuamente insolubles.
2. Por lo menos uno de los metales deberá pertenecer al subgrupo B de la tabla periódica.
esta manera parece ser que el par de metales que producirá el menor número de s y las adhesiones más débiles, será el más adecuado para las aplicaciones de
el número de posibles puntos de
rayado
al tra quedaría reducida al minino.
enunc probab determ
d de problemas de ingeniería, los factores tales como la carga, distancia recorrida, velocidad y efectos ambi
e por pulido, esmerilado y rectificado. La desventaja de estos métodos es el enclavamiento de abrasivos en la
Por lo que respecta a los contaminantes, la lubricación es el más común y, enera
otección por lubricantes, películas de superficie, pinturas, plateado, fosfatado y otros revestimientos químicos. Este principio es el más ampliamente usado.
2. Principio de conversión. Este principio entraña la conversión del desgaste destructivo en otro tipo permitido. Como por ejemplo la elección de un hierro
CAPITULO I DESGASTE
sería pequeño. Con adhesiones débiles la tendencia a la transferencia de metal bajo de endurecimiento de las asperezas
y
El razonamiento que se basan estos dos criterios puede resumirse en dos iados básicos. La solubilidad mutua de los metales determinará el número le de uniones que se forme. Las características de adhesión de los metales inarán la resistencia de los amarres formados.
1.3.5 Control del desgaste adhesivo
Evidentemente para controlar el desgaste es necesario controlar los factores que en el intervienen. Quizás el único factor que no se puede controlar es la adhesión de una pareja de metales, ya que ésta es una característica inherente del material.
En la generalida
entales, están determinado por requisitos funcionales de las partes; por lo tanto, los factores controlables restantes serían:
dureza, acabado de las superficies y contaminante.
La dureza requerida se obtendrá por aleación o por tratamiento térmico de los metales. El acabado de la superficie generalmente se hac
pieza trabajada.
g lmente, el más económico de los métodos para controlar el desgaste. Sin embargo, cada vez con mayor frecuencia se emplean materiales en situaciones tales como las instalaciones nucleares de potencia, donde las partes móviles que funcionan a altas temperaturas en atmósferas estrictamente controladas, a menudo impiden a menudo la lubricación. En este caso se hace necesaria la introducción de películas de superficie benéficas.
Se emplean un gran número de métodos para controlar el desgaste, pero cada uno por si solo es muy específico y tiene aplicaciones limitadas a la situación particular por la cual fue desarrollado. Pueden clasificarse en tres categorías principales:
1. Principio de revestimiento protectores. Esta categoría incluye pr
CAPITULO I DESGASTE
ndido que, siendo más vulnerable al desgaste abrasivo, permite que los anillos de los pistones se desgasten rápidamente, disminuyendo con ello los riesgos de
sgaste.
3. Principio de desviación. De acuerdo con este principio, el desgaste es
sita gran tenacidad. Si es ecesaria la protección para pocas profundidades, la electroplastia, recubrimientos óxidos
Para partes lubricadas de maquinaria en que intervienen la lubricación en los lindero
El desgaste abrasivo puede definirse como el desgaste que ocurre a tempe
nar el coque, grava, polvo, incrustaciones, minerales y arena.
fu
rayado lateral, pese al rápido de
desviado de la superficie económicamente más vulnerable, a otra superficie de contacto menos costosa. Este principio se ilustra por el uso del materiales blandos y de bajo punto de fusiona en cojinetes o chumaceras de manga o muñón, donde el desgaste es desviado de los muñones a las chumaceras.
Si el calor, la corrosión y la vibración son insignificantes, la elección probablemente será entre los aceros con carburos duros y quebradizos, los aceros martensíticos para los casos extremos, los aceros perlíticos o martensíticos para la escala intermedia, y entre los austeníticos cuando se nece
n
(anodizado) y los revestimientos por difusión son suficientes y económicos en la mayoría de los casos.
s y la vibración, pueden usarse las técnicas de endurecimiento selectivo o simple. El fluidizado de metales en aerosol, que produce una superficie porosa que ayuda a conservar el aceite bajo situaciones adversas, es excelente cuando las condiciones de fricción no están complicadas por abrasión.
1.4 Desgaste abrasivo
raturas normales como resultado del contacto dinámico entre superficies metálicas desgastadas y partículas o fragmentos abrasivos. Las más elevadas tasas de desgaste ocurren por supuesto, cuando la dureza del abrasivo es considerablemente mayor que al del material abrazado. Como ejemplos de materiales abrasivos comunes se pueden mencio
Como la tenacidad se puede definir como una indicación de la cantidad de deformación plástica que un material puede soportar antes de la fractura. Por lo tanto, en general, mientras mas diferencia exista entre la resistencia de un material a la tensión y su resistencia en el punto de cedencia, mayor será su tenacidad.
CAPITULO I DESGASTE
1.4.1 Teoría del desgaste abrasivo
la ferrita por una cantidad proporcional a la presión aplicada. El efecto de esta presión es abatir al dejando que las partículas de perlita se proyecten hacia a fuera.
De esta manera, parece ser únicamente las partículas abrasivas de perlita y la ferrita incorp
pretación anterior también es valida para explicar los efectos de los vestimientos de óxido y sulfuro en la superficie, ya que el FeS relativamente blando podría
ría si el tipo de partícula abrasiva producida por el rápido calentamiento y enfriamiento de áreas particulares, sería perlita
Se supone que el desgaste en miembros de aceros deslizantes esta causado por la presencia de partículas de perlita dispersa entre la ferrita. Estas partículas duras, inicialmente al nivel de la superficie, pueden incrustarse en la región de
superficie de la ferrita,
oradas muy cercanas a la superficie, podrían ser removidas durante el principio de desgaste. En subsecuentes etapas de operación, se forman adhesiones cuando las áreas de las superficies deslizantes se hacen comparables.
Es evidente que le desgaste de acero contra acero en presencia de un lubricante es de carácter abrasivo por lo menos en las últimas etapas del pulido de las superficies a cargas altas.
La inter re
agotarse fácilmente en las primeras etapas del desgaste, dejando una mayor proyección de partículas duras de perlita sobre le fondo de la ferrita; de ahí su más rápida eliminación por el efecto abrasivo de la superficie opuesta, que en sí se desgastaría con menor rapidez como consecuencia. Esto sumado al probable debilitamiento de las regiones de la superficie debido a las picaduras y al ataque a los linderos del cristal, como resultado de la corrosión, claramente producirá una tasa de desgaste más elevada.
Añadiendo al lubricante un aditivo que contenga azufre, ambas superficies se volverán más abrasivas por la conversión de las regiones superficiales de ferrita dentro de un revestimiento mas blando de sulfuro, que al ser removido deja las partículas de perlita proyectada aún más en la superficie. El resultado es una ligera aceleración de la tas de desgaste.
La limitación de esta teoría se presenta por el hecho de que la perlita podría no estar presente a las temperaturas obtenidas en el deslizamiento ya que podría haberse transformado en austenita. Otra interrogante se
o martensita.
CAPITULO I DESGASTE
1.4.2 Tipos de desgaste abrasivo
El desgaste por abrasión puede dividirse en tres categorías principales: abrasión penetrante, de alto esfuerzo o abrasión ligera, de bajo esfuerzo por rayado o por erosión. Las tres categorías pueden presentarse simultáneamente en una pieza desgastad, pero, por lo general, puede reconocerse el tipo predominante.
Abrasión penetrante
Este tipo de desgaste se caracteriza por altos esfuerzos (generalmente causadas por impacto) y da como resultado una considerable micro-deformación de la superficie.
Otra característica importante es que como el abrasivo suele tener un buen apoyo, su cción penetrante puede compararse a la de una herramienta de corte (gubia).
nte se expresan en términos de ilésimas por hora, que representa la velocidad normal a que el metal se elimina de la superf
e acero tenaz. Su aplicación sería adecuada en aquellos casos en que las sas de desgaste y las fuerzas de impacto son excesivamente altas. Las aleaciones resiste
o-níquel y que las fundiciones blancas martensíticas.
e molibdeno, que tiene una resistencia en el punto de cedencia), a
Las tasas de desgaste abrasivo generalme m
icie. Por lo general, las tasas de este tipo de desgaste tienden a ser mas altas que las del desgaste pulverizante o erosión (excepto para la erosión a altas velocidades).
Los materiales más duros generalmente se utilizan en intersecciones sobre fondos d
ta
ntes a la abrasión generalmente se emplean en aquellas aplicaciones donde las fundiciones blancas son inadecuadas por falta de tenacidad. Para ciertas aplicaciones, las aleaciones de mayor tenacidad pueden mejorar la resistencia al desgaste que las aleaciones a base de crom
Uno de los materiales usados más comúnmente usados para la abrasión por impacto es el acero austenítico al manganeso. Sus propiedades importantes son. Alta tenacidad, capacidad para el trabajo de endurecimiento por impacto, facilidad para liberar altos esfuerzos remanentes en grandes piezas fundidas, y utilidad inmediata. Se presta muy bien para reparar soldaduras o para obtener piezas duras. Sin embargo,, como al endurecerse en el proceso se vuelve demasiado duro para las maquinas. Bajo ciertas condiciones que dieran una excesiva cantidad de flujo plástico (acero austenítico al manganeso con 25 d
proporciona aún mejor la resistencia al desgaste.
Abrasión pulverizante (o de alto esfuerzo)
Este tipo de abrasión ocurre cuando dos superficies de desgaste se frotan entre sí en medio arenoso con suficiente fuerza para producir trituración en las partículas del
CAPITULO I DESGASTE
mineral o en otros abrasivos atrapados entre las dos superficies. Las cargas normales sobre la superficie generalmente son bajas. Sin embargo, como el área real de apoyo (los granos) es considerablemente inferior al área de aplicación de la carga, los esfuerzos sobre los granos individuales son excesivamente altos. En un valor de 300,000. psi. Estos altos esfuerzos son capaces de ocasionar pequeñas grietas o fracturas en los constituyentes frágiles tales como los carburos toscos que pueden existir en la estructura de algunas aleaciones resistentes al desgaste. Como la resistencia a la trituración por compresión incluso de los minerales más duros, es relativamente baja por ejemplo 300,000 psi. Para el cuarzo, los granos se fracturan fácilmente. Los granos rotos, aparte de ser abrasivos, están afilados y pueden rayar el acero del tipo más duro. El deterioro ocurre entonces por rayado, por flujo plástico local y agrietamiento microscópico. Por lo tanto, aun cuando la abrasión originalmente observada ente las superficies pueda ser mas bien suave (y al parecer relativamente inocua), de inmediato se convierte en una abrasión destructiva.
Abrasión por erosión (abrasión de bajo esfuerzo)
Los principa n la velocidad y el
ajo impacto cuando el movimiento es paralelo a la superficie. Por lo común este de las partículas y en muchas ocasiones también de Las partículas abrasivas pueden estar suspendidas o por un fluido (agua o aire) o ueden fluir por su propio peso (canal de
ntenido de carbono. Este último factor proporciona a mayor proporción de carburos duros en la estructura. La figura 1.2 representa una curva
Debe observarse que la dureza es una buena indicación de la resistencia al desga
d, la distribución y al dureza de los carburos controlan el desgaste ara partículas abrasivas más duras que la martensita.
les factores que ocasionan desgaste por erosión so b
desgaste depende de la dureza los filos que éstas presentan.
conducidas a
p rena).
Los esfuerzos que intervienen en el desgaste por erosión, solo en raras ocasiones son lo bastante intensos para romper los granos abrasivos. Esto significa que la uniformidad o angularidad original de la superficie es importante, ya que el uso produce pocos cambios.
Si el impacto es muy bajo, el mejor criterio para la resistencia al desgaste es usar el acero mas duro posible con alto co
un
general de dureza contra el contenido de carbono para obtener una alta dureza.
La importancia del uso de altos contenidos de carbono puede mejorar las razones relativas al desgaste (los mas bajos factores de abrasión) el contenido de carbono debe estar preferentemente en la región de las fundiciones blancas (aleaciones ferrosas con 1.5 a 2 % C.)
ste, pero el alto contenido de carbono parece ser algo más importante. Se ha observado que las matrices perlíticas con alto contenidos de carbono proporcionan una mejor resistencia al desgaste que las matrices martensíticas de bajo contenido de carbono, la cantida
p
CAPITULO I DESGASTE
70
20 30 40 50 60
Dureza Rc
0 10
0 0.5 1 1.5
% de C 80
FIGURA 1.3
La dureza como una función del contenido de carbono.
1.4.3 Control de la abrasión
Efecto de la dureza .
Para que un material pueda ser rayado o gastado en forma apreciable, es al. En algunos casos de desgaste
s se frotan contra materiales muy uros, resistentes al desgaste. Sin embargo, por regla general, existe una muy
es
res han determinado que la tas de desgaste decrece conforme ismin
preciso que el abrasivo sea más duro que el materi curren aun cuando minerales relativamente blando o
d
marcada reducción de la tasa de desgaste cuando la dureza del mineral abrasivo enor que la del material abrasado.
m
Varios investigado
d uye el tamaño de grano. Se determino que esto sucede especialmente en las aleaciones más duras que podrían resistir y fracturar los granos. Otra características del material que parece ejercer una mayor influencia que al dureza sobre la tasa de desgaste, es la propiedad de tener ángulos o esquinas en los puntos de corte y a
ducir la tasa de desgaste.
re
Para la abrasión rápida, la dureza en caliente del agregado puede ser un factor más importante que la dureza a temperatura ambiente. Por lo tanto, esta última puede ser de utilidad limitada para indicar el comportamiento de los materiales en este tipo de servicio.
CAPITULO I DESGASTE
e esignaciones tales como: falsa brinelización, desgaste por oxidación, fatiga por
or fricción y, más recientemente rozamiento o corrosión. Esta ran variedad de nombres, indica las dudas que rodean a este fenómeno.
El rozamiento puede inscribirse en diferentes clasificaciones de desgaste, según cuál d
pales sobre el mecanismo de la corrosión por rozamiento:
Teoría
Ambos tipos de uniones se forman en presencia de una delgada película de oxido
alquier 1.5 Corrosión por rozamiento
El fenómeno de corrosión por rozamiento ha sido descrito por toda variedad d d
frotamiento, oxidación p g
El rozamiento se reconoce como un tipo de desgaste causado por dos superficies sujetas a fricción bajo una fuerza normal y un movimiento reciproco de amplitud muy pequeña. La corrosión por rozamiento tiene lugar cuando las superficies o partícula de éstas reaccionan con el medio ambiental.
El daño por rozamiento conduce a falla o ruptura por fatiga. Este fenómeno se registro por primera vez en 1911 cuando Eden, Rose y Cunningham comunicaron la aparición de fallas en especimenes fatigados en las mordazas de sus maquinas y observaron el fenómeno de daño entre la superficie asociada a dichas fallas.
e los mecanismos propuestos se considere correcto. El rozamiento puede clasificarse como rayado, abrasión o corrosión. Según las condiciones, durante el rozamiento puede ocurrir cualquiera de los tres mencionados, ya sea en forma aislada o en combinación.
1.5.1 Teorías sobre la corrosión por rozamiento.
Existen tres teorías princi
de la adhesión
Según Bailey y Godfrey, las asperezas entran en contacto de metal a metal debido a la presión externa de carga. Dos tipos de uniones son posibles: una unión fuerte que conduciría a la transferencia de metal, o una unión débil que permitirá la existencia de una partícula de desgaste laxa o suelta.
o desgaste adsorbidos. La película de óxido reducirá el número de uniones fuertes, en virtud de que el gas será adsorbido sobre la superficie, reduciendo así la adhesión del fragmento de transferencia. Si las superficies se limpiasen de cu
óxido u otra película de superficie y el experimento se desarrollasen bajo condiciones de alto vacío (del orden de 10-11 mm de Hg), únicamente se formarían uniones fuertes.
