Falla de Eje Caja Reductora

 

Congreso SAM/CONAMET SAM/CONAMET 2007

San Nicolás, 4 al 7 Septiembre de 2007

ANÁLISIS DE FALLA EN EJE DE SALIDA DE CAJA REDUCTORA  S. Laino y R. C. Dommarco Grupo Tribología - Facultad de Ingeniería División Metalurgia – INTEMA Universidad Nacional de Mar del Plata - CONICET Av. J. B. Justo 4302, B7608FDQ Mar del Plata, Argentina. e-mail (autor de contacto): [email protected] [email protected]

RESUMEN  El presente trabajo consiste en el análisis de falla de un eje de caja reductora de velocidad capaz de transmitir una potencia de 320 HP. La pieza dañada corresponde al eje de salida del reductor que mueve el tornillo de elevación de efluentes en la planta de tratamiento de efluentes que la empresa Obras Sanitarias  Mar del Plata S.E. (OSSE) posee en el barrio Camet de Mar Mar del Plata.  La falla del eje se produjo como consecuencia de un proceso de fatiga, el cual tuvo su origen en el concentrador de tensiones asociado a un cambio de diámetro, combinado con una geometría incorrecta del diámetro de acuerdo. Se pudo corroborar que la falla se produjo a las pocas horas de la puesta en servicio del equipo.

Palabras clave: fatiga, eje, concentrador de tensión 1. INTRODUCCIÓN Si bien el control de las fallas catastróficas ha progresado significativamente durante las últimas décadas [1, 2], gracias al avance en la ciencia de los materiales y en la mecánica, aún se observan fallas repentinas en elementos mecánicos de gran porte, como el estudiado en el presente trabajo. Las fallas por fatiga ocurren cuando un componente es sometido a tensiones cíclicas, siendo la tensión máxima inferior a la resistencia a la tracción del material. La nucleación de la fisura generalmente ocurre en discontinuidades de la pieza, ya sea geométrica o metalúrgica. La posterior propagación de la fisura, se  produce de manera progresiva, y puede llegar a durar varios miles de ci ciclos clos de carga, durante los cuales la  pieza convive con su presencia, hasta que finalmente se produce la rotura rotura repentina del ligamento remanente. En general la vida hasta la falla en la fatiga está dominada por el período de nucleación de la fisura, por lo tanto el diseño de los elementos de máquina sometidos a cargas variables en el tiempo, debe considerar esta etapa en particular. Esto puede lograrse minimizando la presencia de concentradores de tensión, y cuando esto no sea posible, intentando disminuir su severidad, y mediante la selección de aceros con la limpieza y microestructuras adecuadas para tipoeldeanálisis solicitación [3].del eje de salida de una caja reductora de 320 HP A pedido de la empresa OSSE seeste realizó de falla con el objetivo de conocer las circunstancias que condujeron a la falla del mencionado elemento.

2. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL La preparación de las muestras para análisis metalográfico se realizó mediante corte refrigerado y posterior desbaste y pulido manuales. El ataque químico para la observación al microscopio óptico se efectuó con  Nital al 2%. Las superficies de fractura fueron evaluadas mediante lupa binocular estereoscópica. El análisis químico del material se realizó mediante un espectrómetro de emisión óptica con excitación por chispa, y el valor reportado surge del promedio de cuatro determinaciones. La dureza se midió mediante el método Brinell, utilizando bolilla de 2,5 mm de diámetro y una carga de 187,5 Kg (HBW2,5/187,5) y los valores reportados resultan del promedio de cuatro mediciones.

3. RESULTADOS OBTENIDOS  La Figura 1a) muestra el plano con las dimensiones de la pieza, mientras que la Fig.1b) muestra el eje y la ubicación de la falla en el mismo.

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Figura 1. a) Dimensiones del eje de salida de la caja reductora,  b) vista de la ubicación de la fractura en la pieza rota. Estudio de la Microestructura. La composición química del material se lista en la Tabla 1, mostrando que se trata de un acero aleado al cromo (Cr) molibdeno (Mo) de mediana templabilidad, del tipo SAE 4140. La Tabla 1 incluye como referencia, los límites de composición química establecidos por la norma para el acero SAE 4140. Tabla 1. Composición química de la muestra ensayada (% peso, balance Fe).  

Muestra

Elemento C

Mn

Si

S

0,38 0,78 0,19 0,017 Eje SAE 4140 0, 0,38 38-0 -0,4 ,43 3 0, 0,75 75-1 -1,0 ,00 0 0, 0,20 20-0 -0,3 ,35 5