Materiales Resistentes Al Desgaste 671b1c

Capitulo 1 Introducción Definición El desgaste se define como el deterioro de piezas después de un determinado número de ciclos al que son sometidos los materiales. Este fenómeno principalmente se presenta en la superficie de los materiales. La consecuencia 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 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 ajusta a un movimiento relativo bajo la acción de una fuerza. En general, los sistemas de ingeniería implican el movimiento relativo entre componentes fabricados a partir de metales y no metales, y se han identificado seis tipos principales de desgaste, como sigue: a. b. c. d. e. f.

Desgaste abrasivo. Desgaste adhesivo. Desgaste por fatiga superficial. Desgaste por deslizamiento. Erosión por cavitación. Corrosión galvánica.

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Desgaste abrasivo

Se 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. Existen dos clases básicas del desgaste abrasivo:  Por o- microcorté.  Por deformaciones plásticas. Microcorte Si la dureza de las partículas abrasivas es superior a la del material y si se sobrepasa el límite de rotura del material se produce el microcorte de las capas superficiales; generando partículas de desgaste

Figura 1: Mecanismo de microcorte

Por deformación Plástica Si el grado de penetración está por debajo del valor crítico se produce las deformaciones plásticas trayendo por consecuencia el rayado de la superficie en dirección arbitraria; no se genera partículas de desgaste .

Figura2:Mecanismo de

Desgaste adhesivo.

deformación plastica

La adhesión está asociada a toda formación y posterior rompimiento de enlaces adhesivos entre las interfaces, cuando dos superficies son colocadas en o íntimo. La adhesión conlleva además al soldado en frío de las superficies. Con respecto al desgaste adhesivo, el papel principal lo juega 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 óxido o suciedades, se permite que el área de o sea aumentada, pudiéndose formar uniones adhesivas más resistentes. El desgaste adhesivo es ayudado por la presencia de altas presiones localizadas en las asperezas en o. Estas asperezas son deformadas plásticamente, 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. Así, 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. Piezas de maquinaria donde está normalmente involucrado el desgaste adhesivo, son. Sistemas, biela-seguidor, dados de extrusión alambre, cola de milano-apoyo, engranajes, 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 bajo presión. Los puntos de o ( figura 3), 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 daño.

Figura 3: Desgaste Adhesivo

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 bajo la acción repetitiva de estos. En el caso de piezas sometidas a deslizamiento, las capas superficiales sufren intensas deformaciones como resultado de la acción simultánea de las tensiones de o y de la fuerza de fricción. Los esfuerzos a los que están sometidos los materiales particularmente en las capas superficiales, promueven en la mayoría de los casos, alteraciones en la estructura cristalina y en el tamaño de grano. El picado originado a partir de grietas, es una de las fallas por fatiga de o superficial típica de elementos de máquinas, los cuales trabajan bajo régimen de lubricación elastohidrodinámica y elevadas cargas superficiales. Este es el caso de cojinetes de rodamiento y ruedas dentadas en su punto de o. Aquí, el mecanismo principal de falla es la aparición y propagación de grietas después que las superficies han almacenado una determinada deformación plástica. Por esto, es importante el buen acabado superficial y la correcta selección y filtrado de los lubricantes.

Figura 4: Desgastes por fatiga superficial

Desgaste por deslizamiento

Esencialmente, el desgaste por deslizamiento es aquel en el cual hay un movimiento relativo entre dos superficies en o con una carga aplicada, donde el daño de la superficie 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 frecuencia en la industria y por esto es estudiado con gran interés por los investigadores. Una de las razones del gran esfuerzo dedicado al estudio del desgaste por deslizamiento es su complejidad, especialmente en lo que se refiere a los múltiples mecanismos involucrados. En el desgaste por deslizamiento están presentes mecanismos de adhesión, formación y crecimiento de grietas sub-superficiales por fatiga y formación de películas superficiales por procesos triboquímico . También ocurre abrasión por microcorte, surcado o formación de proas. Un esquema que muestra un sistema que sufre este tipo de desgaste es presentado en la figura 4.

Figura 5: Desgaste por deslizamiento anillo interior de rodamiento.

Figura 6 : Desgaste por deslizamiento.

Erosión por cavitación

La cavitación es un efecto hidrodinámico 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 burbujas de vapor dentro del líquido. Si la presión del líquido aumenta las burbujas se condensan y aplastan (implosionan) las paletas de la turbina. Esta acción es puramente mecánica, pero a menudo ocurre en presencia de corrosión galvánica.

.Figura 7: Zona de formación y colapso de burbujas dentro de un impulsor de una bomba.

Figura 8: Impulsor de acero inoxidable dañado por cavitación.

Corrosión galvánica.

La corrosión galvánica es un complejo fenómeno que produce daño a una superficie, causado por un flujo de corriente en un líquido, de una superficie metálica a otra. En general, la corrosión metálica implica la pérdida de metal en un punto de la superficie expuesta. La corrosión puede presentarse en varias formas, desde ataques uniformes sobre toda la superficie hasta ataques locales agudos. Cuando las condiciones favorables a la corrosión galvánica existen en presencia de cavitación (como en las superficies de los cilindros de motores Diesel), cabe esperar que la corrosión acelere el daño, por eliminar la película protectora. Los principios de la corrosión galvánica se utilizan en la protección catódica. La protección catódica es un método para reducir o evitar la corrosión de una superficie metálica utilizando un metal menos noble como ánodos de sacrificio (zinc o aluminio) o generando una corriente continua eléctrica igual y en sentido contrario a la corriente producida por corrosión (corrientes impresas). Figura 9: Efecto de corrosión galvánica en un perno.