Materiales Resistentes Al Desgaste

 

Capitulo 1 Introducción Definición El desgaste desgaste se define como el deterioro deterioro de piezas después después de un determinado determinado número de ciclos ciclos al que son sometid sometidos os los materia materiales les.. Este Este fenóme fenómeno no princip principalm alment entee se  presenta en la superficie de los materiales. La cconsecuencia onsecuencia de este efecto, es la pérdida continua de material, disminución de dimensiones y por consiguiente alteraciones en el funcionamiento de la pieza afectando su vida útil y rendimiento.

Tipos de desgastes La palabra desgaste es un concepto muy amplio y estudiado en la ingeniería, ya sea  porque aun no hay ha y una regla general que abarque todos los tipos de desgastes presente en la industria. Los investigadores hay logrado demostrar que este fenómeno se debe a superficial y naturaleza del medio entre otros. El proceso de desgaste, puede definirse como una pérdida de material de la interfase de dos cuerpos, cuando se les austa a un movimiento relativo bao la acción de una fuerza. En gene genera ral, l, los los si sist stem emas as de in inge geni nier ería ía impl implic ican an el movi movimi mien ento to re rela lati tivo vo en entr tree componentes fabricados a partir de metales y no metales, y se han identificado seis tipos  principales de desgaste, como sigue! a. "esg "esgas aste te abra abrasi sivo vo..  b. "esgaste adhesivo. c. "esg "esgast astee por fati fatiga ga supe superfi rficia cial. l. d. "esg "esgast astee por desli deslizam zamie ient nto. o. e. Eros Erosió ión n por por ca cavi vita tació ción. n. f. #orr #orros osió ión n galv galv$n $nic ica. a.

 

 

Desgaste abrasivo

%e 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 desgastes entre los cuerpos involucrados &mayor en el desgaste abrasivo', ya sea por la naturaleza, tipo de material o composición química. E(isten dos clases b$sicas del desgaste abrasivo! )or contacto* microcorté. • )or deformaciones pl$sticas. • Microcorte

%i la dureza de las partículas partículas abrasivas abrasivas es superior superior a la del material y si se sobrepasa el límite lím ite de rotura rotura del material material se produc producee el microc microcort ortee de las capas capas superfi superficial ciales+ es+ generando partículas de desgaste

 

Figura 1: Mecanismo de microcorte

Por deformación Plástica %i el grado de penetración est$ por debao del valor crítico se produce las deformaciones  pl$sticas trayendo por consecuencia el rayado ra yado de la superficie en dirección arbitraria arbitraria++ no se genera partículas de desgaste .

Figura2:ecanismo de

Desgaste adesivo!

deformación plastica

 

La adhesión est$ asociada a toda formación y posterior rompimiento de enlaces adhesivos entre las interfaces, cuando dos superficies son colocadas en contacto íntimo. La adhesión conlleva adem$s al soldado en frío de las superficies. #on respecto al desgaste adhesivo, el papel principal lo uega la interacción entre las superficies y su grado de limpieza, es decir, cuando el acercamiento entre lo cuerpos es tal, que no se  presenta ningún tipo de impurezas, capas de ó(ido o suciedades, se permite que el $rea de contacto sea aumentada, pudiéndose formar uniones adhesivas m$s resistentes. El desgaste adhesivo es ayudado por la presencia de altas presiones localizadas en las asperezas en contacto. Estas asperezas son deformadas pl$sticamente, permitiendo la formación de regiones soldadas localizadas. El desgaste adhesivo ocurre como resultado de la destrucción de los enlaces entre las superficies unidas, permitiendo que parte del material arrancado se transfiera a la superficie del otro. -sí, la superficie que gana material aumenta su rugosidad con el agravante de que cuando el movimiento continua, se genera desgaste abrasivo contra la otra superficie. )iezas de maquinaria donde est$ normalmente involucrado el desgaste adhesivo, son. %istemas, biela*seguidor, dados de e(trusión alambre, cola de milano*apoyo, engranaes, rodamiento*apoyo y herramientas de corte, son elementos que pueden sufrir desgaste debido a adhesión. Esta forma de desgaste ocurre cuando dos superficies se deslizan una contra otra bao presión. Los  puntos de contacto & figura ', proyecciones microscópicas o la aspereza de la unión en la interfase donde ocurre el deslizamiento debido a los altos esfuerzos localizados, llevan a que las fuerzas de deslizamiento fracturen la unión, desgarrando al material de una superficie y transfiriéndolo a otra, lo que puede ocasionar posteriormente mayor  da/o.

Figura ": "esgaste -dhesivo

Desgaste por fatiga superficial

 

Este tipo de desgaste ocurre cuando piezas son sometidas a elevados esfuerzos, los cuales provocan la aparición y propagación de grietas bao la acción repetitiva de estos. En el caso de piezas sometidas a deslizamiento, las capas superficiales sufren intensas deformaciones como resultado de la acción simult$nea de las tensiones de contacto y de la fuerza de fricción. Los esfuerzos a los que est$n sometidos los materiales  particularmente en las capas superficiales, promueven en la mayoría de los casos, alteraciones en la estructura cristalina y en el tama/o de grano. El picado originado a  partir de grietas, es una de las fallas por fatiga de contacto superficial típica de elementos de m$quinas, los cuales trabaan bao régimen de lubricación elastohidrodin$mica y elevadas cargas superficiales. Este es el caso de coinetes de rodamiento y ruedas dentadas en su punto de contacto. -quí, el mecanismo principal de falla es la aparición y propagación de grietas después que las superficies han almacenado una determinada deformación pl$stica. )or esto, es importante el buen acabado superficial y la correcta selección y filtrado de los lubricantes.

Figura $: Desgastes por fatiga superficial

Desgaste por desli#amiento

 

Esenc encial ialmen mente, te, el des desgas gaste te por deslizam deslizamien iento to es aqu aquel el en el cua cuall hay un Es movimiento relativo entre dos superfcies en contacto con una carga aplicada, donde el daño de la superfcie no ocurre por riscado debido a la penetración de las asperezas o por partículas externas. El desgaste por deslizamiento es uno de los tipos de desgaste que ocurre con más recuencia en la industria y por esto es estudiado con gran inter!s por los investigadores. "na de las razones del gran gr an es esu uer erzo zo de dedi dica cado do al es estu tudi dio o de dell de desg sgas aste te po porr de desl sliz izam amie ient nto o es su comple#idad, especialmente en lo que se refere a los m$ltiples mecanismos involucrados. En el desgaste por deslizamiento están presentes mecanismos de adhesión, adhes ión, orm ormación ación y cre crecimie cimiento nto de grieta grietas s sub% sub%supe superfcia rfciales les por atig atiga a y ormación de películas superfciales por procesos triboquímico triboquímico . &ambi!n &ambi!n ocurre abrasi abr asión ón por mic micro rocor corte, te, surcado surcado o or ormac mación ión de pr proas oas.. "n esquema esquema que muestra un sistema que sure este tipo de desgaste es presentado en la fgura '.

 

Figura 5: Desgaste por deslizamiento anillo interior de rodamiento.

Figura % : "esgaste por deslizamiento.

&rosión por cavitación

 

La cavitación es un efecto hidrodin$mico que se produce cuando un fluido en estad liquido pasa a gran velocidad por una arista afilada, produciendo una descompresión del fluido debido a la conservación de la energía. Esta descompresión causa un vacio  parcial, la formación y crecimiento de burbuas de vapor dentro del líquido. %i %i la  presión del líquido aumenta las burbuas se condensan y aplastan &implosionan &implosionan'' las  paletas de la turbina. turbina. Esta acción es puramente mec$nica, pero a menudo ocurre en  presencia de corrosión galv$nica.  

.Figura ': 0ona de formación y colapso de burbuas dentro de un impulsor de una bomba.

Figura (: 1mpulsor de acero ino(idable da/ado por cavitación.

Corrosión galvánica!

 

La corrosión galv$nica es un compleo fenómeno que produce da/o a una superficie, causado por un fluo de corriente en un líquido, de una superficie met$lica a otra. En general, la corrosión met$lica implica la pérdida de metal en un punto de la superficie e(puesta! La corrosión puede presentarse en varias formas, desde ataques uniformes sobre toda la superficie hasta ataques locales agudos. #uando las condiciones favorables a la corrosión galv$nica e(isten en presencia de cavitación &como en las superficies de los cilindros de motores "iesel', cabe esperar que la corrosión acelere el da/o, por eliminar la película protectora. Loss pr prin incip cipio ioss de la cor corros rosión ión gal galv$n v$nica ica se   Lo utilizan en la prote protección cción catódica! La protección catódica es un método para reducir o evitar la corrosión de una superficie met$lica utilizando un metal menos noble como $nodos de sacrificio &zinc &zi nc o al alum umin inio io'' o ge gene nera rand ndo o un unaa co corri rrien ente te continua eléctrica igual y en sentido contrario a la corriente producida por corrosión &corrientes impresas'. Figura )! Efecto de corrosión galv$nica en un  perno!