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• Juan Portilla Amasifuen

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FUNDAMENTOS DE DESGASTE INTRODUCCION La calidad de la mayoría de los productos del metal y las aleaciones depende de la condición de sus superficies y del deterioro de la superficie debido al uso. Este deterioro es importante también en la práctica; suele ser el factor principal que limita la vida y el desempeño de los componentes de una maquina.

DESGASTE

Se define el desgate como la perdida o deterioro progresivo no intencional del material de la superficie debido al movimiento relativo y al contacto entre superficies. El desgaste en una de las influencias mas destructivas a que están expuestas los metales y aleaciones. Los distintos productos tienen muchos componentes que se desgastan al hacer su trabajo, lo que hace necesario remplazar esos componentes periódicamente.

FACTORES QUE AFECTAN EL DESGASTE Cada forma de desgaste esta afectada por una variedad de condiciones, incluyendo el ambiente, tipo de carga aplicada, velocidades relativas de las piezas que se acoplan, lubricante, temperatura, dureza, terminado de la superficie, presencia de particulas extrañas, composición y compatibilidad de las piezas de acoplamiento implicadas

“Medios o condiciones de trabajos específicos producen tipos específicos de desgaste anormales” Debemos ser capaces de identificar: •localización del desgaste

•tipo de desgaste •condiciones que produjeron el desgaste

TIPOS DE DESGASTES

•Desgaste abrasivo •Desgaste Los 7adhesivo tipos de

desgaste

•Erosión •Erosión por cavitación •Corrosión •Corrosión por frotación •Fatiga por contacto

DESGASTE ABRASIVO El abrasivo ocurre cuando partículas duras se deslizan o ruedan bajo presión a través de una superficie, o cuando una superficie dura se frota a través de otra. Las partículas desgastadas por rozamiento del objeto mas duro tienden a rasguñar o acanalar al material mas suave

El desgaste abrasivo puede imaginarse como una acción de corte. Las superficies dañadas como resultado de desgaste abrasivo son cortadas, acanaladas o rasuradas. Si existe una capa de lubricante, se podrá eliminar o reducir la producción de calor y el desgaste de la superficie. En el desgaste abrasivo entre dos cuerpos, dos superficies se deslizan una contra otra.

Partículas abrasivas son partículas de cualquier tipo o tamaño que sean tan duras o más duras que la superficie que se desgasta. Suelen ser partículas de material abrasivo de discos de esmerilar, partículas de pintura, polvo, arena, suciedad y virutas de metal.

CARACTERISTICAS DE LA SUPERFICIE Las características de la superficie producidas por el desgaste abrasivo varían dependiendo de las condiciones abrasivas existentes. Superficies pulidas, superficies satinadas y superficies con cortes y ranuras son causadas por tipos distintos de partículas. 1. Superficies pulidas. 2. Superficies satinadas. 3. Superficies con cortes y ranuras.

SUPERFICIE PULIDA Partículas abrasivas son pequeñas y duras, como partículas de polvo, pueden entrar en la mayoría de los sistemas y producen cortes y arañazos finos que dejan una apariencia pulida. Noten las superficies que parecen espejos en estos dientes de engranaje. Fueron causadas cuando entro lodo al lubricante debido a sellos en malas condiciones.

SUPERFICIE SATINADA Son partículas abrasivas duras un poco más grandes como partículas de arena fina, producen cortes y arañazos más grandes y dejan un acabado superficial satinado o un aspecto mate. Esta pieza muestra daño causado por partículas abrasivas duras. Noten la superficie satinada.

SUPERFICIE CON CORTES Y RANURAS Son partículas abrasivas duras y grandes, como partículas grandes de arena o partículas residuales de maquinado, pueden producir arañazos y ranuras profundas.

EJEMPLOS

DESGASTE ADHESIVO El desgaste adhesivo comienza cuando asperezas o puntos elevados muy pequeños en superficies móviles hacen contacto entre ellos y generan calor de fricción hasta que uno de los puntos elevados se adhiere al otro y se separa de la superficie en las que estaba originalmente.

Durante el desgaste adhesivo, las superficies entran físicamente en contacto y puntos elevados muy pequeños hacen contacto, generan calor y se sueldan microscópicamente. Debido a mucha frecuencia, falta lubricante, se sigue acumulando calor hasta que se produce un fundido y una adhesión mas generalizados.

Si se permite que continué la operación bajo condiciones severas de desgaste adhesivo, aumenta el contacto y áreas más amplias pueden fundirse y adherirse.

CARACTERISTICAS DE LA SUPERFICIE Entre las características superficiales del desgate adhesivo se encuentran: 1. Pulido. 2. Decoloración y adhesión. 3. Deformación plástica. 4. Colores de revenido. 5. Fractura.

PULIDO

En las fases iniciales de desgaste adhesivo, se observa pulido de la superficie y un aumento en la reflexión de la luz. A medida que las asperezas frotan unas con otras, se calientan, se funden microscópicamente y se separan de la superficie original, las superficies se hacen mas lisas. Las piezas no se dañan en esta etapa por que lo único que ocurre es que la superficie se hace mas liso.

DECOLORACION Y ADHESION En las fases intermedias del desgaste adhesivo, se observan raspaduras, ralladuras, decoloración y adhesión. Al continuar el desgaste adhesivo, toda la superficie de contacto puede recalentarse y secciones grandes de la superficie pueden alcanzar la temperatura de fusión, adherirse y separarse de la superficie original.

DEFORMACION PLASTICA En las fases mas avanzadas del desgaste adhesivo, se observa deformación plástica. Esto ocurre cuando se alcanzan temperaturas muy altas. Los dientes de este engranaje han alcanzado temperaturas muy altas que se han ablandado, han perdido resistencia y se han deformado. Esto ha producido interferencia entre los dientes y causado más deformación plástica. Se puede observar también el color negro de revenido que indica que se alcanzaron temperaturas elevadas.

COLORES DE REVENIDO Cuando se alcanzan temperaturas muy altas de acero, se ven con frecuencia colores de revenido. Los colores de revenido son causados por óxidos metálicos que producen una gama de colores desde amarillo dorado a azul claro, azul oscuro , gris y negro.

FRACTURAS

Fracturas ocurren frecuentemente como resultado del desgaste adhesivo porque la pieza ha sido debilitada por las elevadas temperaturas. El faldón de este pistón se calentó tanto que se fundió y se adhirió a la camisa del cilindro. Las altas temperaturas redujeron también la resistencia del faldón y se produjo una fractura.

CONDICIONES QUE HACEN POSIBLE EL DESGASTE ADHESIVO Las condiciones que hacen posible el desgaste adhesivo son problemas de las piezas, problemas del montaje, problemas de lubricación, velocidad excesiva y cargas excesivas. Debe guiarse por las característicos superficiales y por la ubicación del desgaste para seleccionar las condiciones que pueden haber estado involucradas.

PROBLEMAS DE PIEZAS Y DE MONTAJE Entre los problema de piezas y de montaje se encuentran:

•Encaje de interferencia. •Superficies rugosas. •Maquinado inapropiado.

PROBLEMAS DE LUBRICACION Entre los problemas de lubricación se pueden encontrar bajo nivel de lubricante, lubricante equivocado, lubricante degradado, lubricante demasiado caliente o demasiado frió y conductos mal perforados o atorados.

VELOCIDAD EXCESIVA Si se permite que un vehiculo baje una pendiente en neutral, su velocidad llega a ser excesiva, los engranajes conectados a la salida de la transmisión pueden alcanzar una velocidad excesiva.

CARGA EXCESIVA En arrastres prolongados saliendo de las minas con cargas plenas, hay componentes que se fuerzan tanto y estén muy juntos. Si las cargas llegan a ser excesivas, las capas de lubricante no pueden cumplir su función y se produce contacto entre superficies metálicas y soldadura microscópica.

DESGASTE POR EROSION El desgaste por erosión ocurre cuando partículas en movimiento chocan con las superficies que las rodean. El desgaste por erosión puede explicarse como una acción de impacto. Generalmente las partículas son arrastradas por un fluido y son mas pesadas que el fluido.

EROSION

La erosión ocurre cuando partículas pequeñas y duras en fluidos que se mueven con rapidez, golpean las superficies circundantes a altas velocidades y causan impactos y daños abrasivos. La superficie así desgastada tiene frecuentemente un aspecto granallado o mate. Los filtros y los intervalos de cambio de filtro están diseñados para controlar el desgaste por erosión dentro de los límites aceptables.

CARACTERISTICAS DE LAS SUPERFICIES Las superficies erosionadas pueden tener una apariencia lisa, rugosa, afilada o áspera, dependiendo del tamaño, la dureza y el momento de las partículas erosivas. 1. 2. 3. 4.

Lisa. Rugosa. Afilada. Áspera.

LISA

Particular erosivas pequeñas producen generalmente una apariencia de superficie lisa. Note las superficies lisas en este ejemplo.

RUGOSA Partículas más grandes pueden producir superficies rugosas. Si las partículas son más grandes y tienen más energía de impacto, la superficie será más rugosa.

AFILADA

Partículas abrasivas finas como el polvo, pueden afilar los bordes de piezas giratorias. Esta rueda de compresor de turbocompresor tiene bordes muy afilados causados por desgaste por erosión.

ASPERA Partículas de gran tamaño pueden impactar con severidad y causar características de superficie áspera. El extremo de los alabes de esta rueda de turbocompresor ha sido dañado de esta forma debido a choque a alta velocidad de partículas de gran tamaño.

CONDICIONES QUE HACEN POSIBLE ESTE DESGASTE Las condiciones que hacen posible el desgaste por erosión son la presencia de partículas erosivas, las propiedades de estas partículas, las propiedades de las superficies adyacente, las propiedades del fluido, la velocidad del impacto y la temperatura.

PARTICULAS EROSIVAS Partículas pesadas causan mas daño que partículas ligeras. Partículas que se mueven a alta velocidad causan mas daño que partículas mas lentas. Fluidos calientes pueden moverse a velocidades de flujo más altas, lo que aumenta la velocidad de las partículas. Si las superficies adyacentes están frías, son mas frágiles y se aumenta la probabilidad de que se desprendan trozos de la superficie en lugar de que se produzcan melladuras o arañazos. Si un filtro o una válvula de derivación tienen una fuga, las partículas abrasivas podrán permanecer en el sistema. Una reparación sucia puede introducir partículas erosivas.

IDENTIFICAR LAS PARTICULAS Lo primero que hay que hacer es identificar las partículas que han causado la erosión y buscar su origen. Recuerde que la erosión puede generar partículas secundarias si se desprende material de la superficie. Necesitara una lupa de buena calidad para identificar las partículas. Se recomienda el uso de un microscopio. Los filtros han sido diseñados para que retengan las partículas que producen desgaste abrasivo o por erosión, recuerde inspeccionar el papel del filtro porque puede contener algunas de las partículas que usted esta tratando de identificar. Los sumideros y depósitos pueden contener también algunas de estas partículas y puede ser útil examinar muestras de fluido en caso de que las partículas estén todavía en suspensión.

EJEMPLOS

DESGASTE POR EROSION POR CAVITACION La erosión por cavitación puede explicarse como causada por una acción de impacto. El impacto es causado por fluido golpeando las superficies y no por partículas duras. La erosión por cavilación resulta cuando las burbujas de vapor que se encuentran en un fluido se colapsan cerca de una superficie causando chorros pequeños de fluido a alta velocidad que golpean contra la superficie.

CARACTERISTICAS DE LA SUPERFICIE Al igual que en otros tipos de desgaste, la erosión por cavilación produce sus propias características superficiales especificas. Entre los ejemplos se encuentran:

1. 2. 3. 4.

Grietas superficiales. Picaduras. Agujeros mellados. Túneles abovedados.

CONDICIONES QUE HACEN POSIBLE EL DESGASTE POR CAVITACION

La erosión por cavilación requiere el colapsamiento de las burbujas de vapor sobre las superficies adyacente. Hay cuatro condiciones generales que hacen posible este desgaste: Aireación; cuando las burbujas pueden entrar en fluidos, podemos citar condiciones como las fugas de aire en tuberías de succión, bajos niveles de fluido, operación en pendientes escarpadas, rociado de aceite a presión y niveles altos de fluido con componentes sumergiéndose en el fluido. Cavitación; cuando las burbujas colapsan violentamente. Las condiciones que causan cavilación podemos citar altas temperaturas, caídas repentinas de presión, restricciones en la entrada de las bombas, fluidos incorrectos, cambios repentinos de carga y cambios repentinos en la dirección del flujo.

IMPLOSIÓN

Implosión es el fenómeno en que las burbujas se colapsan repentinamente y lanza un chorro de fluido hacia adelante. Las condiciones que causan implosión son aquellas: un aumento repentino de presión. Si la presión aumenta gradualmente, normalmente las burbujas disminuyen de tamaño pero no explotan.

BAJA RESISTIVIDAD SUPERFICIAL Si una superficie tiene baja resistencia debido a causas metalúrgicas, las fuerzas de erosión por cavitación pueden producir grietas, picaduras y astillas.

CORROSION La corrosión es una acción química y no una acción de desgaste. Pero debido a que la corrosión causa el deterioro de las superficies de desgaste, la incluimos como un tipo de desgaste. La corrosión se puede definir como el deterioro o destrucción de un material por interacción química, electroquímica o metalúrgica entre el medio y el material.

CORROSION GENERAL La corrosión general ocurre generalmente cuando se dan tres condiciones: una zona catódica, una zona anódica y un electrolito que conecta el cátodo con el ánodo. El cátodo y el ánodo se encuentran a voltajes diferentes lo que causa el paso de una corriente eléctrica entre ellos, a través del electrolito. Los ánodos son más activos químicamente que los cátodos y sufren corrosión y picaduras, mientras que las zonas catódicas no sufren daños. La velocidad de la corrosión es determinada por muchos factores, incluyendo temperatura, propiedades del electrolito, propiedades del metal, aditivos en el lubricante, grietas y el movimiento relativo entre el metal y sus alrededores.

EJEMPLO DE CORROSION GENERAL La corrosión general ocurre donde el electrolito conecta el ánodo y el cátodo. Note que en esta biela la corrosión ha ocurrido donde hubo gotas de agua sobre la superficie. El agua proporciono el electrolito y varios componentes metálicos actuaron como cátodos y ánodos.

ALTA TEMPERATURA La oxidación a alta temperatura no es una verdadera forma de corrosión pero puede causar un rápido deterioro de la superficie. A medida que la temperatura se aproxima al punto de fusión, los átomos del metal se mueven con mayor rapidez y el oxigeno puede penetrar el metal hasta mayor profundidad, formando un deposito de oxido en unos segundos. Si el metal caliente esta doblado, el depósito quebradizo se separa de la superficie.

EJEMPLO ALTA TEMPERATURA La oxidación a alta temperatura ocurre en zonas de temperatura elevada. Estas piezas del turbocompresor se dañaron debido a la temperatura excesivamente alta del escape. El blindaje térmico estuvo expuesto directamente al escape caliente y se ha oxidado por completo.

CARACTERISTICAS DE LA SUPERFICIE Los metales corroídos suelen tener superficies picadas, capas de corrosión superficial escamosa o ambos tipos. Las capas superficiales pueden formar hendiduras y causar que el ritmo de corrosión se acelere debajo de las escamas. Las capas de corrosión superficial suelen ser óxidos metálicos y pueden tener distintos colores. Las superficies de acero o de hierro suelen desarrollar una capa de corrosión de color marrón rojizo. Las capas de corrosión de cobre y e bronce son de un color verde azulado. Las capas de aluminio suelen ser de color gris claro o blancuzco.

DESGASTE CORROSIVO En medio húmedo y caliente alrededor de metales activos aumentara la velocidad a la que puede ocurrir la corrosión. Si los electrolitos son acíclicos, son mejores conductores y podrán aumentar el ritmo de la corrosión. Como los aditivos en los lubricantes y refrigerantes están diseñados para neutralizar las condiciones acíclicas, compruebe siempre la calidad del refrigerante y del lubricante.

EJEMPLO

Esta camisa de cilindro de un motor diesel estaba rodeada por refrigerante pero ocurrió corrosión y acumulación de depósitos. No se uso un aditivo anticorrosivo para encubrir y proteger la camisa. Además del daño en forma de picaduras, los depósitos actúan como aislantes reteniendo el calor. Los aditivos de los lubricantes y refrigerantes están diseñados para neutralizar las condiciones acíclicas alrededor de metales activos. Esto ayudara a reducir la taza de la corrosión.

CORROSION POR FROTACION

La corrosión por frotación es algo parecido a una soldadura por fricción. Ocurre cuando componentes que encajan muy apretado tienen que moverse unos contra otros a alta frecuencia y a baja amplitud. El calor friccional que se desarrolla entre las asperezas de las superficies deslizantes causa soldaduras microscópicas y desgarro del metal. Estas altas temperaturas localizadas pueden oxidar y decolorar el material que se ha desplazado.

No se debe confundir la frotación o la corrosión por frotación con el pulido que ocurre en caso de desgaste adhesivo. Tanto la frotación como la corrosión por frotación requieren que haya un encaje ajustado con movimiento forzado y soldaduras microscópicas, el desgaste adhesivo puede ocurrir en una gran variedad de circunstancias.

CUANDO OCURRE CORROSIOIN POR FROTACION La corrosión

por frotamiento ocurre cuando dos piezas metálicas se frotan uno contra otra a una frecuencia suficientemente alta y a baja amplitud como para producir calor. Este calor hace que las asperezas superficiales se suelden microscópicamente.

CARACTERISTICAS SUPERFICIALES Las superficies dañadas por corrosión por frotamiento pueden tener picaduras y acumulaciones de oxido de forma irregular. Este daño superficial puede ocurrir tanto en ambientes corrosivos como no corrosivos.

EJEMPLOS: CORROSIVO En este perno de biela se han producido picaduras después de muchas horas de desgaste del tipo de corrosión por frotamiento. Note el color marrón rojizo en las picaduras, lo cual indica corrosión.

El agujero donde estaba colocado el perno puede contener también acumulaciones de oxido y debe inspeccionarse bien antes de instalar un perno nuevo.

EJEMPLO : NO CORROSIVO Algunas veces, no se ven óxidos de color marrón rojizo porque el ambiente no era corrosivo. Pero vera las picaduras y las acumulaciones de oxido causadas por soldadura microscópica y desgarres.

CONDICIONES QUE HACEN POSIBLE LA CORROSION POR FROTACION Condiciones que hacen posible la corrosión por frotamiento: •Par de apriete bajo de los pernos. •Aplicación de altas cargas. •Basura entre componentes. •Acabado superficial rugoso. •Fuerza de sujeción diseñada baja. •Tortillería averiada.

DESGASTE POR FATIGA POR TENSION DE CONTACTO El desgaste por fatiga por tensión de contacto es parecido a una acción de flexión o de agrietamiento causado cuando superficies metálicas movibles hacen contacto bajo cargas cíclicas. El movimiento puede ser de deslizamiento o de rodadura.

Cuando dos superficies se deslizan una contra otra, se desarrollan tensiones que pueden causar la aparición de grietas en la superficie. A medida que las grietas se extienden y de unen, se desprenden algo de material superficial y se forman picaduras.

El contacto por rodadura hace flexionar la superficie produciendo una acción de cizalla dentro de la pieza. Las grietas suelen empezar en una inclusión interna y crecen hacia la superficie. Las grietas por debajo de la superficie suelen ser muy extensas antes de que ocurra un daño en la superficie.

CARACTERISTICAS SUPERFICIALES La fatiga por tensión de contacto por deslizamiento y por contacto por rodadura tienen cada una características superficiales distintas.

POR DESLIZAMIENTO

Cargas de deslizamiento más severas pueden causar grietas superficiales y picaduras localizadas. Si continua la operación, las picaduras pueden ensancharse y hacerse mas profundas.

POR RODADURA

Por contacto de rodadura puede causar astillamiento y triturado de la caja. El astillamiento es causado por grietas que comienzan debajo de la superficie de la pieza y crecen hacia fuera. El triturado de la caja es un agrietamiento que ocurre cerca de la interfaz entre el núcleo y la caja.

CONDICIONES QUE HACEN ESTE DESGASTE •La carga es muy grande

•Las superficies de desgaste están desalineadas y concentran esfuerzos normales •La calidad o cantidad de lubricante es inapropiada causando pérdida de la película de lubricación •Problemas de diseño o de fabricación de las piezas

LUBRICACION INSUFICIENTE Si la lubricación es insuficiente o de mala calidad, las superficies metálicas no estarán separadas en condiciones de carga normal. Si se trabaja con un bajo nivel de aceite, se pierde la capa de aceite y se aumenta la tensión por contacto entre las superficies.