abrasión en materiales cerámicos

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UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO FACULTAD DE INGENIERIA ESCUELA ACADÉMICO PROFESIONAL DE INGENIERÍA DE MATERIALES

ENSAYO DE ABRASIÓN EN MATERIALES CERÁMICOS CURSO INTEGRIDAD ESTRUCTURAL, DURABILIDAD Y VIDA EN SERVICIO DE LOS MATERIALES DOCENTE ING. TERRONES ABANTO, Sofía Cristina ALUMNO ALVA DEZA, Karina. CASANOVA MORALES, Gilda. ESPINOZA ARROYO, Franco. MENDOZA YACHE, Erika. PORTAL PRETELL, Gabriela. TRUJILLO MONZÓN, José. TURNO Y GRUPO: Lunes de 3:00 – 5:00. GRUPO: A2 CICLO: 9NO 2016 TRUJILLO-PERÚ

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RESISTENCIA AL DESGASTE ABRASIVO DE MATERIAS CERÁMICOS (REFRACTARIO, CHAMOTA Y LADRILLO) I.

RESUMEN: En este laboratorio se ha trabajado sobre el desgaste de los materiales, en donde hemos ensayado 3 probetas: ladrillo refractario, ladrillo chamota y ladrillo estándar; estas probetas han tenido una medida de 0.5pulgadas de espesor, 1 pulgada de ancho y 3 pulgadas de largo. El ensayo de estas probetas fue de la siguiente manera: las 3 probetas se las ensayo a 10 minutos cada una.

II.

III.

OBJETIVOS:   

Realizar el ensayo de desgaste por abrasión para las probetas. Determinar la cantidad de pérdida de masa de cada una de las probetas. Determinar el comportamiento de desgaste en las probetas con diferentes



tiempos. Calcular el % de desgaste que se ha producido en cada material

MARCO TEÓRICO DEGASTE POR ABRASION La Norma ASTM G40-92 define el desgaste abrasivo como la pérdida de masa resultante de la interacción entre partículas o asperezas duras que son forzadas contra una superficie y se mueven a lo largo de ella. La diferencia entre desgaste abrasivo y desgaste por deslizamiento es el grado de desgaste entre los cuerpos involucrados (mayor en el desgaste abrasivo), ya sea por la naturaleza, tipo de material, composición química, o por la configuración geométrica. Como se muestra en la figura 7, existen básicamente de los tipos de desgaste abrasivo, estos son: desgaste abrasivo a de los cuerpos o a tres cuerpos.

Figura 1: Desgaste abrasivo a) a de los cuerpos y b) a tres cuerpos. Fuente: http://www.utp.edu.co/~dhmesa/pdfs/desgaste.pdf

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En abrasión de los cuerpos, el desgaste es causado por rugosidades duras pertenecientes a una de las superficies en contacto, mientras que la abrasión a tres cuerpos, el desgaste es provocado por partículas duras sueltas entre las superficies que se encuentran en movimiento relativo. Como ejemplo de desgaste abrasivo a dos cuerpos, se tiene un taladro penetrando una roca, mientras que a tres cuerpos se puede citar el desgaste sufrido por las mandíbulas de una trituradora al quebrar la roca, o por la presencia de partículas contaminantes en un aceite que sirve para lubricar de los superficies en contacto deslizante.

Figura 2: Representación del desgate por abrasión de un material metálico. Fuente: Instituto Asteco.

MECANISMO DE DESGASTE

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Figura 3: Mecanismos de desgaste abrasivo. Fuente: http://es.slideshare.net/erikromero23/desgaste-porabrasionenmateriales.

El primer mecanismo, tal y como se muestra en la figura 3a, representa el modelo clásico de microcorte donde una punta aguda o una aspereza de alta dureza corta una superficie de menor dureza. El material de la superficie desgastada es sacado mediante partículas. Cuando el material desgastado es frágil (Fig. 3b), como en el caso de la cerámica, puede tener lugar la fractura de la superficie desgastada. En este caso las partículas desgastadas son el resultado de la convergencia de distintas microgrietas. Cuando un material dúctil es desgastado el microcorte es improbable y la superficie desgastada es deformada repetidamente tal y como se muestra en la figura 3c. En este caso las partículas son el resultado del desgaste por fatiga. El último mecanismo, Fig. 3d, representa el desgaste por desconche o pull-out. Este mecanismo se presenta principalmente en cerámicas. Tabla 1: Mecanismos de Varios Tipos de Desgaste, TIPO DE DESGASTE Desgaste adhesivo Desgaste por de laminación Degaste por fretting Desgaste abrasivo Desgaste erosivo Desgaste por impacto Desgaste por fatiga superficial Desgaste corrosivo

TIPO DE CONTACTO Elástico/Plástic o Elástico/Plástic o Elástico/Plástic o Elástico/Plástic o Elástico/Plástic o Elástico/Plástic o Elástico Elástico/Plástic o

MOVIMIENTO

MECANISMO

Deslizamiento

Adhesión

Deslizamiento

De laminación

Oscilación

Rodado

Adhesión/ de laminación/ abrasión Adhesión/ de laminación Adhesión/ de laminación De laminación (fatiga) Fatiga

Cualquier tipo

Reacción química

Deslizamiento Impacto/Deslizamient o Impacto

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Desgaste difusivo

Elástico

Deslizamiento

Difusión

MÁQUINA DE ENSAYO DE DESGASTE ABRASIVO La predicción del desgaste es difícil porque no es una propiedad intrínseca del material, sino que depende de todo el tribosistema con el que interacciona el cuerpo que se desgasta. La máquina bajo la norma ASTM G-65, es uno de los ensayos que se hacen a los materiales para conocer sus propiedades frente al desgaste. En la figura 4. Se observa el esquema de una máquina de desgaste según norma ASTM G-65

Figura 4: Esquema de la máquina de ensayos de abrasión según norma ASTM G65. Fuente: http://www.redalyc.org/pdf/849/84916680068.pdf

Uno de los grandes problemas que presentan las maquinas es el desgaste abrasivo, este factor se debe tener en cuenta para el diseño de una máquina, es decir, debemos conocer la resistencia a la ficción y al desgaste de los materiales a ser utilizados. El ensayo típico para el desgaste abrasivo es el llamado “roll paper”, y se trata de una rueda de goma que gira sobre la superficie de la probeta, con el que conociendo las condiciones y parámetros del ensayo como velocidad (rpm), tipo de abrasivo, peso de la carga,

etc, podremos conocer el comportamiento

posterior del material controlando la masa perdida en la probeta durante el ensayo. Este ensayo también tiene una variante en la que se utiliza un cilindro o rodillo de goma, y se va tirando un mineral abrasivo (habitualmente sílice), y controlando igualmente la pérdida de masa en la probeta. IV.

MATERIALES , HERRAMIENTAS Y EQUIPOS IV.1. MATERIALES:

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-

3 probetas de materiales cerámicos (ladrillo refractario, ladrillo chamota y ladrillo común)

-

V.

Mallas MESH #50 y #100

Arena fina. Lijas (#220) IV.2. EQUIPOS: - Equipo de ensayo de desgate abrasivo - Balanza análitica (3 kg , ±0.0001 gr) - Cronometro (±0.1 s) PROCEDIMIENTO  Antes de empezar, lo primero fue revisar si el flujo de arena (kg/min) es regular, se reguló la presión a la que estará sometida la 

probeta hacia la rueda de caucho. Seguidamente las probetas fueron lijadas y se limpiaron para que encajen bien en la porta-probeta que está en equipo de desgaste



abrasivo. Antes de colocarlas en el Equipo de Abrasión, se pesó cada una de las probetas, este paso es muy importante porque en este laboratorio

 

se determina la variación de masa. Se mantuvo a cada probeta 10 minutos expuesta a la abrasión. Luego se volvió a pesar cada una de las probetas, para obtener un peso final, con el fin de calcular el % de desgaste que se ha producido.

Figura N° 5: Equipo para ensayos de desgaste abrasivo

VI. I

RESULTADOS. RESULTADOS OBTENIDOS Y DISCUSIÓN

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TABLA 2: datos obtenidos durante la práctica. La densidad (Michel y colaboradores, 2016). grupo

Tiempo (min)

1

5

2

10

3

15

Chamota

Ladrillo

Ladrillo refractario

Densidad=0.33 g/cm3

Densidad=0.25g/cm3

Densidad=0.39g/cm3

Peso inicia l (g) 51.99 03 37.92 37 40.61 11

Peso final (g)

Pérdida de peso (g)

Peso inicial (g)

Peso final (g)

Pérdida de peso (g)

Peso inicial (g)

Peso final (g)

Pérdida de peso (g)

51.8159

0.1744

50.4516

50.2934

0.1582

61.6384

61.4548

0.1836

37.6011

0.3226

34.2893

33.8750

0.4143

60.0767

59.4660

0.6107

37.1764

3.4347

39.2938

36.4641

2.8297

59.52

59.1305

0.3895

chamota ladrillo refractario

Figura 6: Gráfico de tiempo vs. Pérdida de masa de los diferentes tipos de ladrillo.

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Figura 7: Gráfico de barras de tiempo vs. Pérdida de masa de los diferentes tipos de ladrillo.

VII.

DISCUCIÓN DE RESULTADOS: En la Figura 6 se puede observar una gran variación de los datos, ya que los datos obtenidos en la TABLA 2 dimensiones y marca de los tipos de ladrillos son diferentes y esto influye en la densidad de cada uno y su composición a pesar de que pueda haber similitudes entre ellos. Pertenecen a grupos diferentes, lo cual se convierte en una variable además las. En la figura 6 se observa que la chamota y el ladrillo tienen una tendencia exponencial ya que conforme pasa el tiempo en rangos iguales, la pérdida de peso aumenta mucho más, mientras que el refractario decae la pérdida de su peso para un tiempo de 15 minutos en comparación con las demás, esto se podría deber a un error humano, durante el ensayo, porque la tendencia debe ser la misma que las demás ya que la probeta está expuesta continuamente a un desgaste de tipo abrasivo, además como se puede verificar para un tiempo de 5 y 10 minutos respectivamente aumenta la pérdida de su peso. En la figura 7 también se puede observar que el ladrillo refractario es el que llegaría a perder menor cantidad de peso en comparación con el ladrillo común y la chamota finalmente, esto se le atribuye a sus densidades, ya que como se puede observar en la tabla 2, la densidad del ladrillo refractario es de 0.39g/cm3 que es mucho mayor que las demás lo cual indica que su factor de empaquetamiento atómico (FEA) es mayor, la cantidad de poros es menor en comparación con la chamota (0.33 g/cm3) y el ladrillo común (0.25g/cm3).

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La chamota por ser un material granular obtenido de la pulverización de los ladrillos, piedras refractarias, u otro producto cerámico cocido es por ello que su pérdida de peso es mayor que el resto ya que sus constituyentes tiene un tamaño un poco más grande entonces son menos compactos además que su superficie de contacto es más rugosa.

VIII.

CONCLUSIONES.



Se realizó el ensayo de desgaste por abrasión para las probetas cerámicas que

 

ensayamos en el presente laboratorio. Se determinó la cantidad de pérdida de masa de cada una de las probetas. Se determinó el comportamiento de desgaste en las probetas con diferentes



tiempos. Se calculó el % de desgaste que se ha producido en cada material cerámico ensayado en el presente laboratorio.

IX.

RECOMENDACIONES. Se hace como recomendación tener la llanta debidamente reencauchada para poder así desarrollar óptimamente el laboratorio realizado en esta práctica. Por otro lado, en la debida máquina de abrasión utilizada para desarrollar el presente laboratorio, se debe de tomar los datos del porta probeta debido a que la buena medición de la misma y el debido cortado y preparación de la probeta, va a hacer que el ensayo se realice que de una manera adecuada, sin que haya desperdicio de material y mala fórmula de ensayo.

X.

BIBLIOGRAFÍA.

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“Desgaste por abrasión en materiales”. Disponible http://www.utp.edu.co/~dhmesa/pdfs/desgaste.pdf. Visitado: 01/05/16.

en:

“Desgaste en Materiales”. Disponible en: http://www.utp.edu.co/~dhmesa/pdfs/ desgaste.pdf. Visitado: 01/05/16. “Comportamiento al desgaste por deslizamiento en aceros.” Disponible en: http://up commons.upc.edu/pfc/bitstream/2099.1/9210/1/PFC%20Jordi%20Renedo.pdf. Visitado: 01/05/16. “Construcción de una máquina para ensayo en desgaste abrasivo; según norma técnica ASTM G-65”. Disponible en: http://www.redalyc.org/pdf/849/84916680068.pdf. Visitado: 01/05/16. “Ensayos de desgaste.” Disponible en: https://cadcamcae. 2009/02/09 /ensayos-de-desgaste/. Visitado: 01/05/16. XI.

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ANEXOS.

Tabla 3: Datos obtenidos del laboratorio de integridad (Michel y colaboradores, 2016). MATERIAL Ladrillo Chamota Refractario

PESO (gr) Final Inicial 35 47 57

33.40 29.05 56.32

Figura 8: Pesado de nuestras muestras de material cerámico.

ALTURA (cm)

ANCH O (cm)

7.5 7.3 7.3

2.5 2.5 2.6

Larg o (cm) 7.6 7.6 7.6

ESPESOR (cm) Inicial

Final

0.8 0.9 0.9

0.7 0.7 0.9

Figura 9: Ensayo de abrasión sobre materiales cerámicos, en el cual se puede observar claramente cómo cae la parte abrasiva sobre nuestra probeta.

/

11

Figura 10: Probeta de ladrillo pandereta, en la cuál se puede observar claramente el poder del medio abrasivo sobre el mismo, viendo así el desgaste que se produjo.

Figura 11: Probeta de ladrillo aislante, en la cuál se puede observar claramente el poder del medio abrasivo sobre el mismo, viendo así el desgaste que se produjo.