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7/23/2019 Castro Morin Ana Beatriz 01
1/180
REPBLICA BOLIVARIANA
DE
VENEZUELA
LA
UNIVERSIDAD DEL ZULIA
FACULTAD DE INGENIERA
ESCUELA DE INGENIERA MECNICA
r.ii'..-* - .-yJ -----
3 J : - --J
RESISTENCIA
AL
DESG STE
ABRASIVO
DE TRES CUERPOS
DE
CEROS L C R O N O Y DE J LE CIN EN
TRIBOSISTEMA
CUOSO
Trabajo
de
Ascenso presentado
ante
la
Ilustre Un ive rs id ad de l Zulia
para optar
a la
categora
de Profesor:
Asoc i ado
Autor : P ro f. MSc. Ana
Castro
Maracaibo,
Enero
de
2012
-
7/23/2019 Castro Morin Ana Beatriz 01
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Castro
Morin, Ana Beatriz. Resistencia al desgaste abrasivo de tres cuerpos de
aceros al carbono y de baja aleacin en trbosistema acuoso. (2012) Trabajo de
Ascenso para optar a la categora de
Asociado.
Universidad del Zulia.
Facultad
de
Ingeniera. Escuela de Ingeniera Mecnica. Maracaibo.
RESUMEN
En este
trabajo
se estudi el comportamiento
tribolgico
de aceros al
carbono
yde baja
aleacin expuestos a desgaste abrasivo de tres cuerpos en condiciones hmedas.
Para ello cada acero fue sometido a ensayos de resistencia al desgaste, mediante el
mtodo de arena hmeda / rueda de caucho de acuerdo a la norma ASTM G105. Los
resultados obtenidos fueron correlacionados con la microestructura, la composicin
qumica y
la
dureza de cada
acero.
Se obsen/
mejor resistencia al desgaste abrasivo
con
estructuras perlifico
ferrticas
que
con
estructuras
martensticas. Asimismo,
se
observ una ligera tendencia al
aumento
de la resistencia a la
abrasin
con el aumento
de la fraccin de volumen de perlita, obtenindose la
mayor
resistencia al desgaste
abrasivo con un acero hipereutectoide de
microestructura
completamente
perlifica.
En
los aceros al carbono se apreci una ligera tendencia al aumento de la resistencia al
desgaste al incrementarse el porcentaje
de
carbono. Mientras que
en los
aceros
de
baja
aleacin
no se
apreci correlacin entre
la
resistencia al
desgaste y el porcentaje
de carbono
elemental,
pero si un aumento de la resistencia a la abrasin
con
el
incremento del
porcentaje de carbono equivalente. No se
observ
correlacin entre
la
dureza y la resistencia al desgaste en
los
aceros
al
carbono,
mientras que en
los
aceros
de baja aleacin aun
cuando
se apreci
una
mejora de su resistencia
al
desgaste
con el
aumento de dureza, dos
aceros con durezas
diferentes presentaron
la
misma resistencia al desgaste abrasivo,
lo
cual evidencia que este parmetro
no
debe
ser
usado
como
nico
patrn
para
la
seleccin
de aceros a ser
utilizados
en
servicio
abras ivo
Palabras clave:
desgaste, abrasivo, aceros, trbosistemaacuoso, tres cuerpos.
IV
-
7/23/2019 Castro Morin Ana Beatriz 01
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Morin Castro, Ana Beatriz. Three bodies abrasive wear resistance of carbn and
low ailoy steels in aqueous tribosystem (2012)
Paper
Work
to
opt to the category of
Associate
professor.
University
of
Zulia.
Faculty
of Engineering. School of Mechanical
Engineering. Maracaibo
Abs t ra c t
The
tribological
behavior
of carbn steels and
low
alloy
steels exposed to
three-body
abrasive wear inwet conditions was studied. Each steel was submitted to
tests
of wear
resistance, using the method ofwet sand / rubber wheel according to ASTM G105. The
results were correlated with
the
microstructure, chemical composition
and
hardness.
The ferritic pearlitic structures showed betterabrasive wear resistance than martensitic
structures.
It
was also noted a slight tendency to increase abrasin resistance
with
increasing volume fraction of peariite, the best resistance to abrasive wear was
obtained with a fully pearlitic microstructure hypereutectoid steel.
In
carbn steels was
observed a
slight
tendency to increasewear resistance by increasing the percentage of
carbn.
While
in low alloy steels was not found correlation between wear resistance and
the percentage ofelemental
carbn,
but it was
noted
an increase
in
abrasin resistance
with
an increase
in
the percentage of carbn equivalent. There was no correlation
between the
hardness and
wear resistance of carbn steels, while in low alloy steels,
even though an
improvement in
wear resistance with increasing hardness was
observed, that two steels with different hardness presented the same resistance to
abrasive wear,
which
shows that this parameter must not be used as the
only
standard
for the selection of
steels
for use
in
abrasive service.
Keywords: wear, abrasin, steels, three bodies, aqueous tribosystem
-
7/23/2019 Castro Morin Ana Beatriz 01
4/180
DEDICATORIA
A mi ngel, Natalia, siempre en mi corazn.
A mi
querida
hija Mariana mi
ms preciado
tesoro.
V i
-
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5/180
AGRADECIMIENTOS
A
Dios por
todo.
A
mi familia
por apoyarme
incondicionalmente en todo momento.
A la empresa BENSA,
especialmente
al Sr.
Carlos
Agudelo por apoyo a nivel
metalmecnico para con este proyecto de investigacin.
A la empresa
Auto
Gomas
Franco,
especialmente al Sr.
Lumber
Espinoza
por
su
apoyo
y disposicin para con este proyecto de investigacin.
Al personal del
Dpto.
de
Materiales y Metalurgia
de
la Escuela
de
Ingeniera
Mecnica y muy especialmente al Sr. Ramn Arabia y al Sr.
Eudo
Briceo por su
invaluable colaboracin para alcanzar la meta propuesta.
Al
Ing. Willian
Campos
por
su desinteresada e invaluable colaboracin para
con este
proyecto de investigacin.
At
Laboratorio
de Sanitaria
y
Ambiental
de La Universidad del
Zulia
por ofrecer
de
manera desinteresada su
apoyo tcnico.
Al
Instituto
de
Superficies
y
Catlisis
de
la
Universidad del
Zulia
por
permitir
disponer de los equipos necesarios para el logro de nuestros objetivos.
Vil
-
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2.2 BASES TERICAS 33
2.2.1 Desgaste 33
2.2.1.1 Clasificacin del
desgaste
36
a) Desgaste abrasivo 38
b)
Desgaste adhesivo 38
c) Desgaste porerosin 38
d)Desgaste porfatiga 39
2.2.2 Desgaste abrasivo 40
2.2.1.1 Mecanismosy modos de desgaste abrasivo
41
2.2.2.2 Influenciadel ambiente en el
desgaste
abrasivo 45
a) Abrasivo y sus caractersticas 45
b) Temperatura 50
c) Velocidad de contacto 50
d) Carga 50
e) Humedad - 51
f) Efectoscorrosivos -
51
2.2.2.3 Influencia
de
las propiedades
de
los materiales en el
desgaste
abrasivo
52
a) Dureza del
material
52
b) Estructura cristalina 54
c) Microestructura 54
d) Elementos aleantes 55
2.2.3 Resistencia al
desgaste
abrasivo de los aceros 57
2.2.4 Control del desgaste abrasivo,.,,... 62
2.2.5 Caracterizacin del desgaste abrasivo 62
2.2.6 Ensayos de desgaste 63
2.2.6.1 Ensayo de desgaste abrasivoestandarizado 65
2.2.6.2
Norma
ASTMG105
66
a) Descripcin del ensayo 66
b) Importancia y uso 68
c) Principios de operacin 68
d) Clculo de
resultados
...
70
IX
-
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8/180
2.3 DEFINICIN DE TRMINOS BSICOS 72
2.4.SISTEMA DE HIPTESIS Y VARIBLES
75
2.4.1 Definicin
conceptual
y
operacional
de la variable
dependiente
75
2.4.2 Definicin conceptual y operacional de la variable independiente 76
CAPTULO III:
MARCO
METOLGICO
3.1 TIPO DE INVESTIGACIN 78
3.2 DISEO DE LA INVESTIGACIN
79
3.3 POBLACIN Y MUESTRA
80
3.3.1 Seleccin de la muestra 80
3.4
TCNICAS E INSTRUMENTOS DE RECOLECCIN DE DATOS
80
3.5
VALIDEZ Y CONFIABILIDAD 83
3.6. METODOLOGA EXPERIMENTAL PARA EL TRATAMIENTO DE LOS
DATOS 83
3.6.1 Conformado de las
probetas 84
3.6.2 Caracterizacin de las muestras 85
3.6.2.1 Anlisis qumico 85
3.6.2.2 Anlisis metalografa)
86
3.6.2.3 Ensayo
de
dureza 88
3.6.3 Fabricacin de las gomas
de neopreno
89
3.6.3.1 Determinacin de la dureza real de las gomas
90
3.6.4 Obtencin de
la arena
AFS
50/70
91
3.6.5 Obtencin del agua desionizada 91
3.6.6 Realizacin del
ensayo
de abrasin 93
3.6.7 Inspeccin visual posterior al ensayo 98
CAPTULO
IV:
ANLISIS Y DISCUCIN DE LOS RESULTADOS
4.1 RESULTADOS OBTENIDOS
MEDIANTE
LA
REVISIN BIBLIOGRFICA
SOBRE
LA
RESISTENCIA A
LA
ABRASIN EN ACEROS AL CARBONO
Y DE BAJA ALEACIN, AS COMO DE INVESTIGACIONES
-
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REALIZADAS EN ESTE MBITO 101
4.2 RESULTADOS OBTENIDOS MEDIANTE LA CARACTERIZACIN DE
LAS
MUESTRAS
EVALUADAS
EN TRMINOS DE SU COMPOSICIN
QUMICA, METALOGRAFA YDE SU
RESISTENCIA MECNICA 102
4.2.1 Resultados obtenidos de los anlisis qumicos 102
4.2.2 Resultados obtenidos de los anlisis
de
dureza 105
4.2.3 Resultados obtenidos de los anlisis metalogrficos 106
4.3 RESULTADOS OBTENIDOS DE
LA FABRICACIN
DE LAS PROBETAS
PARA
ENSAYOS DE ABRASIN SEGN
DIMENSIONES
ESPECIFICADAS EN LA NORMA ASTMG105 114
4.4 RESULTADOS
OBTENIDOS MEDIANTE LA
REALIZACIN DE ENSAYOS
DE ABRASIN A LAS PROBETAS PREVIAMENTE PREPARADAS
MEDIANTE
EL
MTODO DE
ENSAYO
DE
ARENA
HMEDA/RUEDA DE
CAUCHO DE ACUERDO A LA NORMA ASTM G105 115
4.5
RESULTADOS OBTENIDOS
MEDIANTE
LA EVALUACIN DEL
COMPORTAMIENTO DE LAS MUESTRAS
ENSAYADAS
EN TRMINOS
DE RESISTENCIA AL DESGASTE ABRASIVO Y
SUS
CARACTERSTICAS METALOGRFICAS YRESISTENCIA MECNICA.... 127
4.5.1 Inspeccin macroestructural 136
CONCLUSIONES 141
RECOMENDACIONES 146
REFERENCIAS BIBLIOGRFICAS 149
ANEXOS 154
1. Norma ASTM G105 156
2.
Composiciones qumicas
de aceros al carbono y de baja aleacin segn
1 6 6
ASM
3. Resultados de ensayo de abrasin 168
XI
-
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RECOMENDACIONES 146
REFERENCIAS BIBLIOGRFICAS 149
ANEXOS 154
1. Norma
ASTM G105
156
2. Composiciones qumicas de aceros al carbono y de baja aleacin segn
166
ASM
3.
Resultados
de ensayo de
abrasin
168
XI I
-
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11/180
NDICE DE ECUACIONES
Ec.
Descripcin
Pg.
1 Ecuacin de Archard ^2
2 Ecuacin de Archard en funcin de la forma del abrasivo 33
3 Resistencia al desgaste como recproco
del
volumen desgastado 33
4 Prdida normalizada de masa 56
5 Ecuacin de los mnimos cuadrados 56
6 Coeficiente de correlacin 56
7 Conversin de peso
perdido
en volumen perdido 57
-
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NDICE DE
FIGURAS
Fig. # Descripcin Pg.
1 Principales categoras
de
clasificacin
de desgaste de
acuerdo al
tipo de movimiento relativo encontrado (deslizamiento, impacto y
rodadura de contacto) 37
2 Principales categoras
de
desgaste
basado en abrasin, erosin,
adhesin y fatiga superficial 37
3 Esquema simplificadodel
desgaste
adhesivo 38
4 Esquema
de
partcula causando erosin de la superficie 39
5 Ilustracin esquemtica
de
la evolucin del desgaste por fatiga en la
superficie y subsuperficie
de
una pista de un rodamiento de rodillos . 40
6 Micrografa tomada con microscopio electrnico de barrido
mostrando dao
de
superficie debido a la formacin de viruta,
deformacin plstica y remocin
de
fragmentos debido a una
partcula de cermica
desgastando
una superficie de cobre 40
7 Mecanismos del
desgaste
abrasivo: a) Corte, b) Fractura, c) Fatiga
d) desprendimiento de grano 42
8 Modos de desgaste abrasivo de dos y tres cuerpos 43
9 Tipos de contacto durante el desgaste abrasivo: (a) abierto de dos
cuerpos, (b) cerrado
de
dos cuerpos, (c) abierto
de
tres cuerpos, (d)
cerrado de tres
cuerpos
44
10 Resistencia al desgaste relativa versus la relacin dureza del
material o substrato (Hm) a
dureza
del abrasivo (Ha) 46
11 Dureza
de
algunos minerales y microconstituyentes
de
las
aleaciones
47
12 Efecto de la fragilidad y tenacidad del abrasivo sobre su eficiencia
a desgastar 48
13 Efecto de la tenacidad de los
minerales
en el
desgaste
48
14 Cese de
la
abrasin
con
el
incremento de la redondez de
la
partcula 49
XIII
-
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13/180
15 Resistencia al
desgaste
respecto a la dureza para metales puros y
aleaciones 53
16 Resistencia a la abrasin de diferentes
materiales
en funcin de la
dureza 54
17 Efecto en el desgaste abrasivo cuando
se
vara el tamao de la
segunda fase, (a) Pequea fase secundaria, fcilmente
removida,
(b) Secundaria fase ms grande., protege la matriz,
(c)
Fase
secundaria muy grande, pequeos surcos abrasivos en la
matriz 55
18 Efecto de la orientacin, tamao, mdulo de elasticidad,
dureza
y
fragilidad
de la segunda fase en el desgaste abrasivo 56
19 Influencia de la morfologa
de
carburo
de
inclusin en el proceso de
abrasin
58
20
Efecto 'stand-out o bloqueo directo
de
los surcos de abrasin por
inclusiones duras,, .
59
21 Resistencia al
desgaste
abrasivo versus el contenido
de
perlita en
los aceros 59
22 Influencia del
contenido
de
carbono
sobre la resistencia a la
abrasin
61
23 Diagramaesquemtico del aparato de ensayo de desgate 67
24 Elementos implicados en la aplicacin de la fuerza
espcimen/cubierta de caucho 69
25 Formato
de
recoleccin
de
datos del
ensayo
de
abrasin 82
26 Acabado final de las probetas con dimensiones especficas por la
ASTMG105
84
27 Fresadora Universal modelo FGU
32
84
28 Verificacin de dimensiones por medio del vemier 85
29
Equipo
de anlisis
qumico
de emisin atmica por chispa 86
30 Desbaste de las probetas 87
31 Equipo de
pulido. Marca:
Ecomet
III
87
32 (a) Cpsulas de petri con Nital, agua y alcohol. (b) Proceso de
ataque con Nital. (c) Secado de la probeta 87
XV
-
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14/180
33 (a) Microscopio marca Olympus, (b) Pantalla 88
34 Durmetro
Rockwell. Marca
Wilson 89
35 Gomas de neopreno
de
durezas Shore A 50, 60 y 70 90
36 Ensayo de dureza Shore Aen las gomas de neopreno 90
37 (a) Arena de slice AFS 50/70. (b) Mquina tamizadora del
laboratorio de arenas de la Univer sidad del Zulia. Marca Dieter
Detroit, Modelo RoTapB 91
38 Mquina destiladora del laboratorio de sanitaria y ambiental de La
Universidad del Zulia. Marca MonoDest 92
39 Mquina desionizadora del laboratorio de qumica ambiental de La
Universidad del Zulia. Marca: LABCONCO
modelo Water PRO PS. .. 93
40 (a) Determinacin de los volmenes de las probetas por el principio
de volmenes desplazados, (b) Proceso de pesado de las Probetas.
Balanza digital de alta precisin. Marca METTLER TOLEDO, modelo
AB204 94
41 Limpiezade mquina de abrasin 94
42 Medicin
de
goma de neopreno una vez instalada en la mquina de
abrasin
95
43 (a)
Medicin
del agua desionizada para cada ensayo, (b) Pesado de
arena slice para
cada
ensayo. Balanza con capacidad
de
10 kg
marca: SOEHNLE
95
44 Mquinade ensayos de abrasin en funcionamiento 96
45 Estado
de
probeta una vez
culminada la primera corrida del ensayo
de abrasin 97
46 Lupa estereoscpica. Marca: Kyowa Optical, modelo: SDZ-P 99
47
Microes truc tura de l
acero al carbono UNS G10160,
en
la que se
aprecian colonias de periita (oscuro) en una matrizde ferrita,, 107
48 Microestructura del acero al
carbono
UNS
G10180, en
la que se
aprecian colonias de periita (oscuro) en una y granos de ferrita 107
49 Microestructura del acero al carbono
UNS
G10400, en
la
que se
aprecian colonias de periita (oscura) en una y granos de ferrita 108
50 Microestructura
del
acero
al carbono UNS G10450, mostrando
XV I
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15/180
granos
equiaxiales
de
ferrita proeutectoide (consti tuyente de
apariencia luminosa) formados
sobre
los
bordes
de
grano
de los
granos originales o
austenita
previa. La matriz es
periita 108
51
Microestructura del
acero
al
carbono
UNS
G10850, mostrando
una
microestructura completamente perltica 109
52 Microestructura del
acero
de baja aleacin 20NiCr4, mostrando una
microestructura constituida por martensita y bainita
109
53 Microestructura del acero de baja aleacin A514 Grado Q,
most rando
una microes tructura martens t ica 110
54 Microestructura del
acero
de baja aleacin UNS G86200, en a
que
se
aprecian
colonias
de
periita (oscuro)
en
una
matriz
de
ferrita 110
55
Microestructura del acero de baja aleacin UNS G41400, en su
totalidad mar tens i ta reven ida 111
56
Microestructura del
acero
de
baja
aleacin UNS G41400,
en
su
totalidad mar tens i ta reven ida 111
57 Prd ida de
m asa en funcin de la distancia
de
desl izamiento 119
58 Prdida de masa en funcin de la distancia de deslizamiento para
los ace ro s al
carbono
eva luados 120
59 Prdida de
masa
en funcin de
la distancia
de
deslizamiento
para
los aceros de baja aleacin 120
60 Prd ida de m asa normal izada en funcin de la dis tancia d e
desl izamiento 122
61
Grfica
logaritmo
de
prdida
normalizada
con respecto
a la
dureza
real de las gomas 124
62 Resistencia a la abrasin y
prdida de
volumen
con
respecto
al
tipo
d e ace ro
eva luado 129
63 Prdida de masa
y la
tasa
de
desgaste
con
respecto
al tipo
de
acero
eva luado 129
64 Resistencia al desgaste abras ivo repor tado como el inverso de la
prdida
de
volumen y
masa
por distancia
deslizada con respecto
al
XVII
-
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16/180
tipo de acero
evaluado
130
65 Resistencia a la abrasin relativa en funcin del %C y % C
equivalente
de los diferentes aceros evaluados 132
66
Resistencia a la
abrasin
relativa
en
funcin del %C y % C
equivalente
de
los diferentes
aceros
al
carbono
(a) y
de
baja
aleacin
(b) 132
67 Efecto de
la
dureza
en
la resistencia a la
abrasin
relativa
de
los
diferentes ace ros
eva luados 133
68 Efecto del constituyente en la
resistencia
a la
abrasin
relativa de
los
diferentes aceros evaluados 134
69 Aspecto de las
probetas
de acero al carbono y de baja
aleacin
posterior al ensayo de desgaste abrasivo
con
rueda de goma y
arena hmeda 136
70 Superficies
de
las muestras
de acero
al
carbono,
luego del ensayo
del ensayo de abrasin con rueda de goma y arena hmeda.
Aumento: 7.5X
137
71 Superficies
de
las
muestras de
acero
de
baja aleacin, luego del
ensayo del ensayo de abrasin con rueda de
goma
y
arena
hmeda.
Aumento:
7.5X 138
XVII
-
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17/180
NDICE DE
TABLAS
Tabla # Descripcin Pg.
1 Operaciones industriales
con
consecuencias econmicas
anuales significantes debidas al
desgaste
35
2 Importancia relativa
de
los diferentes tipos de
desgaste
41
3 Ensayos de abrasin y erosin estandarizados por la ASTM.... 65
4 Compuestos sugeridos para las ruedas
de
goma 69
5 Operacionalizacin de la variable 76
6 Parmetros para las
pruebas
de
desgaste
abrasivo
segn
ASTMG105
98
7 Resultados del anlisis qumico
103
8 Carbono equivalente de los aceros evaluados. 104
9 Resultados
de
ensayo
de
dureza 105
10
Fraccin de volumen de los constituyentes presentes
en
los
aceros al carbono y de baja aleacin evaluados 113
11
Dimensiones
finales
luego
del
proceso
de
mecanizado.. 114
12
Determinacin de la densidad de
los
materiales estudiados 116
13 Masa
de
las
probetas
luego de
cada
corrida del
ensayo
(g) 117
14 Masa perdida por
cada
probeta entre cada corrida (g) 118
15 Masa perdida normalizada entre cada corrida (g) 121
16 Logaritmo
de
masa normalizada y dureza real
de
las gomas.... 123
17
Ecuacin
de lo s
mnimos
cuadrados
y coeficiente de
correlacin
para
cada
probeta
ensayada
125
18 Resistencia al desgaste abrasivo de las probetas, en trminos 126
de
masa y
volumen
19
Resumen
de resultados de la investigacin 128
XI X
-
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18/180
LISTA DE ABREVIATURAS
AISI: American ronand
Steel
Institute Sociedad
Americana del
Hierro y el
Acero.
ASM:
American Society for Metals
Sociedad
Americana
para
Metales.
ASME:
American
Society of Mecanical Engineers Sociedad Americana
de
Ingenieros
Mecnicos .
ASTM: American Society for Testingand Materials Sociedad Americana de Ensayos y
Mater ia les .
ASTM G105: Standardtest method for conducting wet sand/ruber wheel abrasin test
Mtodo
estandarizado para ensayo de abrasin
arena
hmeda/rueda de caucho.
SAE: SocietyofAutomotive Engineers
Sociedad
de Ingenieros Automotores
IIW : Instituto
Internacional de
so ldadura
Ceq: Carbono equivalente
XX
-
7/23/2019 Castro Morin Ana Beatriz 01
19/180
INTRODUCCIN
El
desgaste
puede
ser
definido como el dao de una superficie slida por la
remocin o desplazamiento de material debido a la accin
mecnica
de un slido,
lquido o gas en contacto [1]. Por lo general, el desgaste trae como consecuencia la
disminucin
en
el rendimiento de los
equipos mecnicos
debido al
aumento
de la
friccin, la temperatura de trabajo, el consumo de lubricantes, el incremento del
requerimiento energtico, etc.
Entre los distintos tipos de
desgaste,
la abrasin representa el mecanismo ms
comn y la
causa de
un elevado porcentaje de sustitucin de piezas metlicas. El
desgaste
abrasivo
se
produce cuando las
asperezas
de alta dureza
de
un cuerpo hacen
contacto sobre otro indentando la superficie y dejando un surco cuando
se
mueven; se
denomina
de tres
cuerpos, cuando
dichas asperezas
o abrasivos estn atrapadas entre
dos superficies. Este tipo
de desgaste
produce deterioro en el material hasta que
finalmente debe ser reemplazado, lo cual ocasiona
prdidas econmicas
cuantiosas,
en
particular en reas industriales como la minera, construccin, movimiento
de
suelo, etc.
En general, los principales materiales
usados
en industrias
donde
ocurre
desgaste abrasivo son las
aleaciones
ferrosas, tales como los aceros al carbono y de
baja aleacin. La seleccin del tipo
de
acero para una aplicacin en particular, depende
de factores como las
propiedades
requeridas, facilidad para la construccin de piezas,
costo, etc, sin embargo; para aplicaciones como
bombas,
vlvulas, tuberas, entre
otras,
se
debe considerar el comportamiento tribolgico del material a utilizar
para
poder
predecir su
respuesta
y
as
lograr evi tar fallas
inesperadas
y
programar
manten imien tos .
Para
desarrollar
una
solucin
que
elimine o
reduzca
el nivel
de desgaste
abrasivo de una
superficie es
necesario tener
conocimiento
de
lo s
mecanismos
de
desgaste
que estn actuando. Estos mecanismos
de desgaste
son variados y deben
ser tratados
considerando todos
los factores involucrados en los
sistemas
tribolgicos.
Por otra parte, para evaluar el comportamiento frente al
desgaste
se disponen
de
ms de diez procedimientos estandarizados. Varios autores coinciden en recomendar el
ensayo
con arena hmeda y rueda
de
caucho, ASTM
G105
para determinar la
resistencia a la abrasin de 3 cuerpos de materiales ferrosos,
para
aplicaciones
que
xx i
-
7/23/2019 Castro Morin Ana Beatriz 01
20/180
involucran un
medio
hmedo con arrastre
de
abrasivos (ej: agricultura, minera,
petrleo, etc.) puesto que este mtodo
es
muy sensible a los cambios de las muestras,
cuenta con una buena reproducibilidad de resultados y requiere menor repeticin de
ensayos para obtener resultados fiables. Cabe destacar, que en la literatura son pocos
ios tribologistas que han
utilizado
este mtodo para la evaluacin del desgaste abrasivo
de materiales porcuanto requiere de mucho tiempo y es costoso de llevar a cabo, por lo
cual la mayora de los datos de resistencia a la abrasin reportados en la literatura se
han determinado bajo condiciones
secas
usando mtodos menos precisos de ensayo
como el
ASTM
G65 (arena
seca
y rueda de caucho).
En este sentido la presente investigacin tiene como objetivo principal analizar el
comportamiento de diferentes aceros al carbono yde baja aleacin, de
amplio
uso en la
industria, cuando estn sometidos a desgaste abrasivo de tres cuerpos en condiciones
hmedas, utilizando para
ello,
el ensayo con arena hmeda y rueda de caucho, ASTM
G105. Para lograr el alcance del objetivo plateado, la investigacin se estructur en
cuatrocaptulos, en los que se abarca tanto lafase documental como experimental.
El captulo I, comprende una etapa de la investigacin no terica que se
desarrolla de manera descriptiva, analtica y objetiva. En esta seccin
se
explica el
contexto en el cual
se
plantea la problemtica a estudiar, su importancia y los objetivos
a
concre t a r .
En el captulo
II,
se exponen con detalle los precedentes documentales
pertinentes a esta
investigacin,
as como
tambin
se exponen las bases tericas que
sus ten tan
e s t e estudio .
En el captulo III, se describe el
tipo
de investigacin, la metodologa y
procedimientos necesarios para lograr el alcance de cada uno de los objetivos
planteados.
En el captulo IV, se incluye el anlisis y discusin de los datos que son resultado
de la aplicacin de la metodologa descrita en el captulo
III.
Finalmente
se
exponen las conclusiones y recomendaciones de esta
investigacin.
XXII
-
7/23/2019 Castro Morin Ana Beatriz 01
21/180
CAPITULO
I
EL PROBLEMA
-
7/23/2019 Castro Morin Ana Beatriz 01
22/180
fi'---.1^ FACULTAD
^O
Captulo I:
El Problema PrbE
CAPTULO
I
EL
PROBLEMA
En este captulo
se
plantea el problema que motiv el desarrollo
de
la
presente
investigacin
y la serie
de
interrogantes que
surgieron como
formulacin
de
dicho problema. Asimismo,
se
presentan los objetivos generales
y especficos
que
orientaron el curso del trabajo y que a
su
vez contribuyeron a
resolver el problema
planteado.
El captulo culmina
con las
razones que
justificaron la realizacin
de
la investigacin.
1.1
PLANTEAMIENTO
DEL PROBLEMA
En la actualidad uno de
ios
mayores
problemas econmicos a los que se
enfrentan diferentes
sectores de la economa es el de l desgaste.
Su incidencia
en la
durabilidad de los elementos de mquinas genera prdidas de materiales, recursos y
tiempo, trayendo como
consecuencia
la disminucin
de
la produccin.
Entre los distintos tipos de
desgaste,
el desgaste abrasivo representa el
mecanismo
ms
comn y la causa
de
un elevado porcentaje
de
sustitucin
de
piezas
metlicas. El desgaste abrasivo
es
el dao de
una
superficie
slida debido
a
movimiento relativo
entre
la superficie y una o varias
sustancias
de
contacto,
y se
denomina de tres cuerpos, cuando el abrasivo es atrapado entre dos superficies. [1,2,3].
Este
tipo
de desga ste produce deterioro en
el material has ta que finalmente
debe ser
reemplazado, lo cual ocasiona prdidas econmicas cuantiosas. El costo debido al
desgaste abrasivo es el ms
elevado de
todos los tipos de
desgastes
(63%)
estimndose
representa entre el 1 a 4% del producto interno bruto
de
una nacin
industrializada. Su efecto
es
particularmente evidente
en
industrias
como
la agricultura,
minera,
movimiento
de tierra,
etc.
Una
de
las
alternativas
para
incrementar significativamente la vida til de los
elementos de mquinas y estructuras
es
realizar una correcta seleccin de los
23
-
7/23/2019 Castro Morin Ana Beatriz 01
23/180
\5r
Captulo I: El Problema
materiales, da a da estas investigaciones progresan continuamente desarrollndose
aleaciones que se adaptan mejor a las condiciones a las cuales son expuestas.
En
este
sentido, la industria en general desarrolla alternativas con miras a
mejorar
e incrementar de forma
significativa
la vida
til
de
los distintos
elementos de
mquinas y estructuras. Una de estas alternativas es el desarrollo de la
tribologa,
que
es la ciencia y tecnologa de las superficies en interaccin de dos o ms cuerpos en
movimiento relativo, e incluye el estudio de la
friccin,
el desgaste y la lubricacin. La
naturaleza y las consecuencias de las interacciones que tienen
lugar, controlan
el
comportamiento de la friccin y
del
desgaste de la interfase de los materiales
involucrados. Durante
esas
interacciones,
se
transmiten cargas,
se
consume energa,
existen cambios de naturaleza fsica y qumica de las sustancias, se altera la topografa
de la superficie, y algunas veces existen prdidas de partculas por desgaste.
La
tribologa ha
tenido
gran despliegue y
desarrollo
en la industria mundial,
porque
ha
logrado incidir
positivamente
en los aspectos tcnico-econmicos relacionados con el
incremento
de
la durabilidad
de
las partes
de
las mquinas. Todo esto para lograr una
correcta seleccin
de
los mater iales s is tema de proteccin de los mismos, por otra
parte, ayudando a la
promocin
del desarrollo de nuevas aleaciones que se adapten
mejor a las necesidades particulares.
La
aplicacin extensiva de las aleaciones ferrosas, especficamente de aceros al
carbono y de baja
aleacin,
en diversos sectores
industriales como:
petrleo,
agricultura, transporte,
minera
y
otros,
obliga a una correcta seleccin del material
empleado. La exposicin a la abrasin vara ampliamente en cada una de los citados
sectores industrias, pero es evidente que para un gran nmero de aplicaciones el
desgaste representa un
factor
de gran importancia, por lo que es
fundamental
conocer
el
comportamiento
y propiedades de las aleaciones de mayor
uso,
especficamente las
aleaciones ferrosas, ante
estas
condiciones. Esta informacin merece gran
consideracin dentro de las ramas de la ingeniera
encargadas
del diseo y
mantenimiento
al momento de
evaluar
la ecuacin costo-beneficio .
Cabe sealar, que para la evaluacin del comportamiento frente al desgaste
se
disponen de ms de
diez procedimientos
estandarizados.
Varios
autores
coinciden
en
24
-
7/23/2019 Castro Morin Ana Beatriz 01
24/180
j- -r v B FACULTAD
V^ Captulo I; El Problema ^n^eru
recomendar
el ensayo
con
arena hmeda y rueda de caucho, ASTM G105
para
determinar la resistencia a la abrasin de 3
cuerpos
de materiales ferrosos, para
aplicaciones
que
involucran un
medio
acuoso con arrastre de
abrasivos
(ej: agricultura,
minera, etc.) puesto que
este
mtodo
es
muy sensible a los cambios
de
las
muestras,
cuenta
con
una
buena reproducibilidad de
resultados
y requiere menor repeticin de
ensayos para obtener resultados
fiables.
Sin embargo, en
la
literatura son pocos los
tribologistas que
han
utilizado
este
mtodo para la evaluacin del
desgaste
abrasivo de
materiales
por
cuanto requiere de mucho tiempo y es costoso de llevar a cabo, por lo
cual la mayora de los
datos
de resistencia a la
abrasin
reportados en la literatura
se
han
determinado bajo condiciones
secas
usando
mtodos
menos
precisos
de
ensayo
como el ASTM G65 (arena seca y rueda de caucho). De
ah
la
importancia
de reportar
los
resultados
de resistencia a la abrasin de
aceros
al carbono y de
baja
aleacin
util izando e s t e mtodo .
Todo lo anteriormente expuesto, representa el planteamiento de la
problemtica
de esta
investigacin, la misma analizar la res is tencia al
desgaste
abrasivo
de
tres
cuerpos
de aceros al carbono y de
baja
aleacin de amplio
uso
en la industria mediante
el
ensayo
con
arena
hmeda
y
rueda
de
caucho
segn
el procedimiento
establecido
en
la norma
ASTM
G105.
1.2 FORMULACIN DEL
PROBLEMA
En general, esta investigacin
se
desarrollar
en
base a las siguientes
interrogantes:
Qu
precedentes documentales mantienen relacin con el
desgaste
abrasivo
en
aceros al carbono y de baja aleacin?
Qu
mtodos empleados en la ciencia de la ingeniera materiales son
adecuados para caracterizar mecnica, qumica y microesiructuralmente muestras de
aceros
al
carbono
y de
baja
aleacin?
25
-
7/23/2019 Castro Morin Ana Beatriz 01
25/180
1 5
* ** -J
FACULTAD
V^
Captulo I: El
Problema
^fimif
Cul es el grado de resistencia al desgaste abrasivo
de
t res cuerpos
que
presentan las muestras de diferentes aceros al carbono y de baja aleacin
seleccionados luego de aplicado el
ensayo
referido, durante la fase experimental?
Cul
es
el comportamiento
de
las muestras
de
los diferentes aceros al
carbono y de baja aleacin en funcin
de
sus caractersticas metalogrficas y
i cscmci
ioici
11
leocJi
noc .
Estas
y
otras
interrogantes
son aclaradas
a lo largo de
este
estudio
para
lo cual
se plantean los siguientes objetivos generales y especficos, expuestos a continuacin:
1.3
OBJETIVOS
DE LA INVESTIGACIN
1.3.1 Objetivo general:
Analizar experimentalmente la resistencia al desgaste abrasivo de
tres cuerpos
de diferentes aceros al carbono y de baja aleacin mediante el mtodo de ensayo de
arena
hmeda/rueda
de caucho de acuerdo a las condiciones establecidas
en
la norma
ASTM
G105 .
1.3.2 Objetivos
especficos:
Realizar revisin bibliogrfica
sobre
la resistencia a la abrasin en
aceros
al
carbono y de baja aleacin, as como tambin de otras investigaciones y
estudios desarrollados
en
es te
mbito.
Caracterizar la s
muestras seleccionadas en
trminos de su
composicin
qumica,
metalografa y
de su
resistencia mecnica.
Fabricar probetas para ensayos de abrasin segn dimensiones especificadas
en
la
no rma
ASTM
G105 .
Realizar
ensayos
de abrasin a las probetas previamente preparadas usando el
mtodo
de
ensayo de arena
hmeda/rueda
de caucho de
acuerdo
a la norma
ASTM
G105 .
26
-
7/23/2019 Castro Morin Ana Beatriz 01
26/180
i^ ~~ FACUtTAO
^T>^ Captulo I:
El
Problema
%ebk
Evaluar el comportamiento de las
muestras de
aceros al
carbono
y de baja
aleacin sometidas
al ensayo en trminos
de resistencia
al desgaste abrasivo
de
tres cuerpos
en un
trbosistema acuoso.
1.4 JUSTIFICACIN DE LA INVESTIGACIN
El desarrollo de la presente investigacin encuentra justificacin desde
varios
puntos
de
vista. Desde el punto
de
vista terico, contribuir a enriquecer el
estado
del
arte
de las
investigaciones
referidas
al desgaste
que
sufren
las a leaciones
metlicas
como
producto
de
la
abrasin
de
tres
cuerpos. Esta
investigacin permitir
conocer
en
mayor medida el comportamiento de los metales
sometidos
a los constantes procesos
de
desgaste
gradual
que dificulta
su
funcionamiento.
Desde
el punto de vista metodolgico la
presente investigacin
utilizar un
mtodo poco
empleado
por
tribologistas
para evaluar el desgaste abrasivo (el
ensayo con
arena hmeda y
rueda
de
caucho, ASTM
G105), el
cual
tiene
las
ventajas
de ser mas sensible
a
lo s
cambios
de
las muestras,
cuenta
con una
buena
reproducibilidad
de
resultados
y
requiere
menor
repeticin
de
ensayos
para
obtener
resultados fiables y
reproduce
condiciones
hmedas presentes en
muchos
t r ibos is temas .
Desde un
punto
de vista prctico,
los
resultados que arrojar el ensayo de
abrasin con arena
hmeda
y
rueda de
caucho, especificado en la norma
ASTM
G105,
habrn de
servir
de
referencia
fructfera para
futuras investigaciones cuyo objetivo
sea
analizar
o
simular desgastes
abrasivos de tres
cuerpos en medios
hmedos. As
mismo
los
resultados
son
vlidos
para
clasificar
lo s
materiales
objeto
de
estudio
y
construir
bases de datos que permitirn \a futura elaboracin de guas de diseo de ingeniera
para metales ampliamen te utilizados bajo condiciones de
desgaste
abrasivo
especficas.
rii iaiiTiene y GmaTiuG Gil Cuenta el aiCanCG SGCiai Que SGi'a aiCanZauG u6 GS
investigacin, la
misma se
justifica ya que aportar
resultados que
contr ibuirn a
predecir el comportamiento
de
los
materiales
comnmente utilizados en todas
las
27
-
7/23/2019 Castro Morin Ana Beatriz 01
27/180
3 5
i* FACULTAD
*
Captulo
I: El
Problema
^raraS
industrias donde
se
presente el
desgaste
abrasivo a nivel regional, nacional e
in ternacional .
Vale destacar
que
los puntos de vista
antes
expuestos cumplen con los criterios
establecidos por Hernndez y col. [4] para evaluar el valor potencial de una
investigacin
cientfica.
Estos criterios incluyen conveniencia, relevancia social,
implicaciones prcticas, valor terico y utilidad metodolgica de la investigacin.
Por lo tanto, el presente trabajo puede
ser
catalogado como una investigacin
cientfica aplicada
de
acuerdo
con los
planteamientos
de
este autor.
1.5 ALCANCE DE LA INVESTIGACIN
El alcance de esta investigacin
se
remiti a verificar la resistencia al desgaste
abrasivo de muestras seleccionadas de aceros al
carbono
y de baja aleacin. Se
realizar el anlisis experimental segn la norma ASTM G105. La muestra estuvo
constituida por 20 probetas de 10 diferentes tipos de aceros seleccionados: los aceros
al carbono G10160, G101800, G10400, G10450 y G10850 y los
aceros
de baja
aleacin G86200, G41400, G43400, 20NiCr4, ASTM A514
grado
Q.
1.6 DELIMITACIN DE LA INVESTIGACIN
La investigacin y realizacindel ensayo de resistencia a la abrasin a travs del
mtodo arena hmeda/rueda
de caucho
especificado
en
la norma ASTM G105
se
llev
a cabo en
las instalaciones
del Laboratorio de Materiales de la
Facultad
de Ingeniera
de
La Universidad del Zulia, valindose tambin del
uso de
las instalaciones del
Instituto de Superficies y Catlisis, y el Centro de Estudios de Corrosin.
El tiempo estipulado para la ejecucin de este proyecto de investigacin
comprendi
el perodo entre los meses de Enerodel 2011 y
Enero
del 2012,
28
-
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28/180
CAPTULO
II
MARCO TERICO
-
7/23/2019 Castro Morin Ana Beatriz 01
29/180
f e s ^ I-ACIATAO
^ Captulo
II:
MarcoTerico ^otcru
CAPITULO II
MARCO TERICO
En este captulo
se
presenta la revisin bibliogrfica y documental de las
principales publicaciones y
trabajos
recientes
realizados
a nivel nacional e internacional
relacionados con la resistencia a la abrasin de las aleaciones ferrosas y los mtodos
para
su determinacin. As mismo,
se
desarrollan las bases tericas
que
sustentan el estudio.
2.1
ANTECEDENTES
DE
LA
INVESTIGACIN
En la literatura revisada se encuentran algunos t rabajos relacionados con el
presente
estudio
que sirven de base
para
el
desarrollo
de la investigacin.
En
2010
Ferreiro y
colaboradores
del Dpto. Ingeniera Industrial de la
Universidad de la
Corua en
su
trabajo
Correlacin entre lo s resultados
obtenidos
mediante diversas
tcnicas
de
ensayo
de
desgaste
efectan un estudio del
comportamiento tribolgico
de
un
acero sometido
a
diferentes
tratamientos
trmicos
mediante tres
tcnicas de ensayo:
el pin on disk , la
rueda de
caucho con arena seca y
la
rueda
de
caucho con
arena hmeda,
buscando
saber si en los tres casos os
resultados son equivalentes o si alguno de los
procedimientos
presenta
alguna
ventaja
con respecto a los otros. La tendencia obtenida en los
tres
casos
es similar, y en
todos
ellos
la resistencia al desgaste
disminuye cuando
lo
hace
la
dureza con carcter
general . Concluyendo
que
las
tcnicas
que
mejor
r eproducen las
variaciones
en
la
dureza de las muestras son el pin on disk y en
ensayo
con arena hmeda y rueda de
caucho, y
que las tcnicas
que mejor reproducibilidad de
resultados
presentan
son las
dos que emplean arena y rueda
de cacho para
el
desgaste,
sobre todo la de
arena
hmeda, puesto que el
orden
de magnitud de la prdida de masa que experimentan
es
considerablemente superior, por lo que
las
influencias
externas se
minimizan.
Gtobalmente,
deducen
que la mejor
de
las tres
tcnicas estudiadas
es la de
arena
hmeda
y
rueda
de
caucho,
puesto
que
es
de
las
ms sensibles
a
ios
cambios
de
las
30
-
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30/180
sk--^ '-i
FACULTAD
%-&
Captulo
II: Marco Terico
PiwHwdu
muestras,
con una buena reproducibilidad de resultados y la que requiere
menor
repeticin de ensayos para obtener resultados fiables. Destacan que los ensayos con
arena
hmeda
son
los
ms
costosos de
llevar a cabo, mientras
que
los
de
pin on disk
son
los
ms
sencillos de realizar [5].
Franek
F. y colaboradores
en
2009
en su
trabajo,
Advanced Methods for
characterisation
of
Abrasion/Erosion
Resistance o f Wear
Protection
Materials establece
que
el
ensayo con
arena
hmeda
y
rueda de caucho, ASTM G105
[6] es
especialmente
usado para
determinar
la
resistencia
a la abrasin
de materiales ferrosos
para
aplicaciones que
involucran un medio con arrastre de abrasivos (ej: agricultura,
movimiento de tierras,
etc)
y
por
la
industria automotriz
[7].
Hilerio y
colaboradores
en
su
trabajo Comparison
of
abrasin
resistance
between hardened 6620 steel
and
coated by Ti/TiN'\ presentado
en
el
12th
IFToMM
World
Congress, Besancon
(France)
en
el 2007, concluyeron
que
el acero 8620 tiene
excelentes caractersticas tribolgicas frente mecanismos de adhesin
en condiciones
de
lubr icacin y
una resistencia
a la
abras in aceptable
en condiciones
hmedas
(ASTM G105) por lo que asegura que este acero es adecuado
para
ser
usado
en
elementos mecnicos
donde el
desgaste abrasivo este presente, asimismo
indican
que
al aplicarle una
multicapas
de Ti/TiN la
resistencia
a la
abrasin
de
este
acero
aumenta.
[8]
Por otra parte, Garca A. y
colaboradores
en su trabajo titulado Influencia del
uaiuunu
y a
L,iumu cu e?/
uumpuitamiGinu
muuiuyiuu ut? aiGauun&o ;t?//t?ao [uj
analizan
la influencia,
en
las propiedades
tribolgicas, del contenido en
carbono para
distintas a leac iones fr reas con similares contenidos
en cromo,
as como la influencia
del cromo
cuando
el
contenido en
carbono
es semejante. Tambin,
se
analiz
la
influencia d e es to s elementos
en
propiedades como la
dureza
y
en
la microestructura
de las aleaciones. Llevaron
a
cabo
dos
ensayos,
el ensayo
descrito
en la
norma
ASTM
G105 (Standard
Test
Method for Conducting
Wet
Sand / Rubber Wheel Abrasin Test)
31
-
7/23/2019 Castro Morin Ana Beatriz 01
31/180
^3~-? * M facultad
Captulo II:
Marco
Terico
I IWiBWERtA
y ensayos de chorreo, concluyendo que el aumento del contenido en cromo y del
contenido en carbono incrementan el valor
de
la dureza. El incremento en la dureza que
se
consigue
duplicando
el contenido
de cromo
o
aumentando
el carbono no
son tan
significativos. La resistencia al desgaste abrasivo aumenta de manera importante
cuando se
aade
un 6 % de cromo pero,
para
contenidos mayores de cromo o carbono,
disminuye. Adicionalmente, concluyen que el acero al carbono
es
el material que
presenta
una peor respuesta
frente a la erosin, siendo el comportamiento mucho mejor
cuando
se
aade cromo. El
aumento
del contenido
en
cromo de un 6 a un 12,5 % o el
aumento del carbono no supone una mejora del
comportamiento
frente a la erosin.
Calla P. en
su
proyecto de investigacin del 2011 titulado Estudio de resistencia
a desgaste, por abrasin de aceros de baja aleacin, aceros al manganeso y hierros
fundidos aleados realizado en el Instituto
de
Investigacin
de
la Facultad
de
Ingeniera
Mecnica - Energa Universidad Nacional del Callao, Per, estudio la resistencia al
desgaste
por abrasin de aceros de baja aleacin,
aceros
ai manganeso y hierros
fundidos aleados, obteniendo
que
el material
que presenta
mayor resis tencia a la
abrasin es el hierro fundido aleado, por tener mayor presencia de carburos de hierro
(Cementita), en segundo lugar
se
ubican los aceros al manganeso por
ser
aceros
autotemplables al producirse
desgaste
abrasivo aumenta
su
dureza por la friccin
producida en la muestra (probeta) entre el disco de caucho y la
arena
de cuarzo,
mientras que el
material que presenta menor resistencia
a la
abrasin
es el
acero de
baja aleacin. Cabe destacar que el ensayo usado en
este
estudio fue
rueda
de caucho
con
arena
seca
ASTM G65.[10]
Por otro lado, otro antecedente importante lo constituye el trabajo titulado
Diseo
y
fabricacin
de una
mquina
para realizar ensayos de abrasin segn
norma
ASTM G105
realizado
por Mantilla y Meja (2007)
en
La Universidad del Zulia,
en
el
cual se dise y fabric y prob una mquina
para
realizar ensayos de abrasin
segn
la norma ASTM G105. El desarrollo
de
este proyecto es
de
gran importancia para esta
investigacin, debido a que, a
travs
de
este
equipo
se
llevar a
cabo
la misma ya
que
32
-
7/23/2019 Castro Morin Ana Beatriz 01
32/180
-
7/23/2019 Castro Morin Ana Beatriz 01
33/180
i
^ T
^ Captulo
II:
Marco Terico nra^
FACULTAD
denomina
tribologa.
La palabra tribologa etimolgicamente
se
halla compuesta por los
vocablos griegos
tribo
que significa frotar o rozar y logia que significa ciencia.
Entonces
se
puede definir a la tribologa como la ciencia que estudia la totalidad de los
fenmenos emergentes de superficies que interactan con movimiento relativo entre s,
en presencia o ausencia de algn medio circundante. A ella se incorporan un gran
nmero de tpicos tales como lubricacin, friccin, desgaste y aspectos propios de los
materiales [1] Para
estudiar
el comportamiento tribolgico de un material,
se debe
considerar todo el sistema tribolgico, el cual abarca el rea que sufre el desgaste y el
medio
ambiente
en el
que
la s
partes estn actuando.
El desgaste es considerado dentro de un sistema tribolgico como todo material
removido o indeseablemente desplazado de la superficie de un cuerpo. En general, el
desgaste
puede
ser
definido como el
dao
de una superficie slida por la remocin o
desplazamiento de material por la accin mecnica de un slido, lquido o
gas
en
contacto
[1]. Frecuentemente
est implicado el deterioro gradual, y los efectos son
fenmenos relacionados a la superficie.
El desgaste representa
una
falla inevitable siempre que existan
las
condiciones
que
lo generan. Se considera que el desgaste no ocasiona fallas violentas, por lo tanto
las fracturas repentinas no pueden ser consideradas como producto del desgaste,
debido a que los materiales ms resistentes al
desgaste son
frecuentemente frgiles y
propensos a la fractura. El desgaste
acarrea consecuencias
tales como: la reduccin
en
\a
eficiencia operativa,
la
prdida
de
potencia por
friccin, el
incremento
del
consumo
de
lubricantes, el reemplazo o la reconstruccin
de
materiales desgastados y la prdida de
las
maquinarias [2].
En la tabla 1 se ilustra lo
extenso
de
las
fallas por desgaste por diferentes
operaciones dentro de segmentos industriales especficos.
Slo
en vehculos
anualmente
se
usan 14600
x 1012Btu/ton de
eneraa
reDresentados
en
Drdida de
oeso
de acero y 18,6% de esta energa podr ser ahorrada a travs de medidas de control de
desgaste
efectivas.
3 4
-
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Captulo
II: Marco
Terico
Tabla 1.
Operaciones
industriales
con
consecuencias
econmicas
anuales significantes
debidas al desgaste. (Fuente: J.R. Davis
[1])
Indus t r ia
Utilitis (28% de l consumo total
de Estados
Unidos)
Transporte
(26% del consumo
total de Estados Unidos)
Miner a
Agricultura
Meta l e s
(a) Se asumen 19.2X10 Btu portonelada de energa representada en prdida de peso de acero.
(b)
Prdida
de masa no
estimada.
Operacin
Se l los
Acceso r ios
Cojinetes
Confiabilidad
Tota l
Frenos
Vvulas
Ensambles aro pistn
Transmis in
Cojinetes
Engranajes
To t a l
Proceso
d e extraccin
Superficie
de
mina
Eje
de mina
Excavacin
To t a l
Labrado
Plantacin
Tota l
Laminado en cal iente
Laminado en
fro
Tota l
Prdida de masa
(a),
1012 Btu
185
120
55
145
505
(b)
(b)
(b)
(b)
(b)
(b)
22 .80
13 .26
10 .70
5 .58
52 .34
16.85
2 .47
19 .32
14 .30
0 .14
14 .44
Uno de los factores limitantes en cuanto a la prediccin del desgaste
es
que ste
no constituye una propiedad caracterstica de los materiales, sino que depende de todo
el sistema con el cual el material interacciona.
El
balance de energa en la interfase de
contacto es una de las informaciones ms importante ya que tiene una considerable
influencia en el tipo
de
mecanismo
de desgaste
[2].
Para
ciertos mecanismos la dureza y propiedades de resistencia a la fractura se
considerarn ms importantes para atender a las solicitudes que llevan al desgaste. Sin
embargo, no existe un catlogo organizado que contenga las descripciones exactas de
los estados de tensin o condiciones qumicas impuestas en materiales sujetos a
35
-
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35/180
\-~-r v 2
v'-v-
1
U-;^1
V
I FACULTAD
V^
i
aptulo II: Marco Terico ' w___mera
desgaste en
una
larga gama de aplicaciones
porque
la
mecnica
de deslizamiento y
otras
formas
de
desgaste
no
han
sido rigurosamente
definidas para
todos los
casos
[2].
2.2.1.1 Clasificacin del desgaste
El
desgate ha
sido clasificado de varias maneras.
Uno
de las
ms simples
clasificaciones del de sga ste es ta ba sad a en la presencia o ausencia de lubricantes,
denominada
desgaste
lubricado
y
no
lubricado. Otra
posibilidad
es
clasificar
el
desgaste
sobre
la
base de
los
mecanismos
fundamentales
en que
ste
opera.
Desafortunadamente,
esta
aproximacin
es
complicada por
el
hecho que ms
de
un
mecanismo
puede estar operando
al
mismo tiempo. En tal
sentido,
diferentes
e so u ema s d e clasificacin basados en mecani smos de desoas te
han
sido
desarrollados
- - -
-
__
___cutsyu.
icts
ddduu en Bi upu uc r muvin i i d i i u
c i
iuui
iucju, l juc
c a ut?&ii___cuiiieiiiu,
impacto y rodadura de contacto
(Figura.
1). Por otra
parte,
Budinski [14] clasifica en
proceso de
desgaste
en cuat ro categoras: abrasin , erosin, adhesin
y fatiga
superficial (Figura. 2).
Una tercera aproximacin a la clasificacin de desgaste enfatiza la naturaleza de
los materiales de
contacto
y
las
condiciones experimentales,
usando
trminos
descriptivos
que son
ampliamente entendidos
y
aceptados. Frecuentemente estas
condiciones estn
combinadas
en servicio por lo
que una
aplicacin
que
fue
originalmente metal
contra
metal puede evolucionar a desgaste
metal contra
no metal,
por la
generacin
de
partculas
de xido y la introduccin de
par tcu las no metl icas
provenientes de sellos imperfectos. Otras combinaciones incluyen rodamiento con
deslizamiento y situaciones de lubricacin con no lubricacin [2].
36
-
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fe
Si
FACULTAO
^
Captulo
11: Marco
Terico
*&*&
Desgaste
-
$ Tiesgaste por
D>s~as--ftli_ai-.ieii-o [les^atteprn Imputo
Podadme
de
t o n t a* t o
|
Dejaste
ahrasi o De..-aste; %
Dejaste
, J
| ' adhesivo Ipoi fatiga? f ,>or
Pe^-'ast*-
po r
c o n t a c t o
po. j,2f.i^rpos
r
Hulthunpo
^
P' -
j d,.|i:miPftt,
1 pulido ; 1
w
I 2
cuerpos ;M,,,t,t P ,,i
0e|jmjIMl)rtlt n 1 , ii
l( l Pulido ., '
. .
^dht^i
o
Spa lln.
= e s f u e r z o Huido
'
-
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37/180
f
Captulo II: Marco Terico
l
r-AcutTAn
t __ QE
i ngen ier a
a)
Desgaste abrasivo
Segn lo define la
ASTM
[3]
el desgaste abrasivo,
es
debido a partculas duras o
protuberancias duras
que son
forzadas a moverse contra una superficie slida.
Al ser
este el tipo de desgaste el que se va estudiar en la presente investigacin, en la seccin
2.2.2 se detallar con mayor amplitud la naturaleza y comportamiento del desgaste
abras ivo .
b) Desgaste
adhesivo
El
desgaste adhesivo, tambin llamado desgaste por friccin desgaste
deslizante (Figura. 3),
es
una forma de deterioro que
se
presenta entre dos superficies
en contacto deslizante haciendo que
se
produzca una soldadura por presin y
desprendimiento de puntos microscpicos en la superficie del material que posea
menor resistencia a la fluencia [6].
Deslizamiento
ocurriendo
entre
pelculas
superficiales
Pelcula superficia l rota
con
interaccin
directa entre materiales
Figura. 3: Esquema simplificado del
desgaste
adhesivo. (Fuente: Neale, M.J. [15])
c) Desgaste por erosin
El
desgaste
erosivo
consiste en
la prdida progresiva de material original de
una
superficie slida debido al impacto de
partculas
slidas o lquidas,
contra
la superficie
de un objeto (Figura 4). Al igual que otras formas de
desgaste,
la resistencia mecnica
no garantiza la resistencia al
desgaste
y
se
requiere un estudio detallado de las
caractersticas del material
para
su
minimizacin y control. Las propiedades
de
las
38
-
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y
Captulo II: Marco Terico
i
FACULTAD
GEMERlA
partculas erosivas constituyen un parmetro relevante en el control de este tipo de
~ | nn , nni.-. XA AC A 7 1
ue&yciait [ i , io, i / j -
o
Formacin de
grieta
\ /
O
*>:'
Remoc in d e viru ta
o
. *** xi'H; vi* vi
Cor t e l ib re
ngulo bajo
\
f
Corte fluyendo
,
o
\ f
\ i
\ (
ngulo alto
Figura. 4:
Esquema de
partcula
causando
erosin
de
la superficie. (Fuente: Duan, C.G,
Karelin, V.Y. [17])
d)
Desgaste
por
fatiga
El mecanismo de desgaste por fatiga tiene lugar cuando las
cargas
y
desplazamientos relativos entre las dos superficies
de
contacto se repiten cclicamente
a lo largo del tiempo. En estas situaciones,
como los esfuerzos cortantes mximos
actan
subsuperficialmente, se nuclea
una
grieta en
estas
regiones, por deformaciones
plsticas repetidas que luego crece por fatiga, hasta alcanzar la superficie del elemento
y finalmente tiene lugar el fallo o desconche del mismo. De acuerdo a Belzunce [18]
este
tipo
de desgaste
no
puede
evitarlo ni la mejor lubricacin,
ya que por
muy perfecta
que esta sea, los esfuerzos aplicados
siguen
estando
presentes
y los fenmenos
que
se
acaban de citar
actan
igualmente (Figura 5).
3 9
-
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fo
*
Captulo II: Marco Terico
f acuUad
Picadura Desconchado )
Grie ta
Inclusin,
etc.
q : tomo de Fe
j = Dislocacin
Figura 5:
Ilustracin
esquemtica de la
evolucin
del desgaste por
fatiga
en la superficie y
subsuperficie de una pista de un rodamiento de rodillos (Insertada fotografa de la
falla por fatiga de un rodamientode
rodillos).
(Fuente: Adaptado de [19]).
2.2.2 Desgaste abrasivo
El desgaste abrasivo como ya
se
defini es el dao a una superficie slida que
generalmente envuelve una progresiva prdida de material (Figura 6) y sta
es
debida a
movimiento relativoentre la superficie y una o varias sustancias de contacto
[1,2,15,20].
Figura
6: Micrografa tomada con microscopio electrnico de barrido mostrando dao
de
superficie debido a la formacin de viruta, deformacin plstica y remocin de
fragmentos debido a una partcula de cermica
desgastando
una superficie de
cobre.
(Fuente:
Tylczak, J.H. [21]).
40
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Captulo II: Marco Terico
FACULTAO
ge
ftU___MEHA
Tabla
2. Importancia relativa de los diferentes tipos de desgaste. (Fuente:Neale, J., Gee [20])
TIPO DE DESGASTE
Desgaste abrasivo
Desgaste
adhesivo y fretting
Desgaste erosivo y por fatiga
CONTRIBUCIN APROXIMADA
AL COSTO
n i = i ni=Qr2ACTP /0 / .1
-- ** - * *ww>
-
\
/ /
Tal como
se
muestra en la tabla 2, el costo
que
representa el desgaste abrasivo
es el ms elevado de todos los tipos de
desgastes,
y se encuentra estimado en un
rango de
1 a
4%
del
producto
interno bruto
de
una
nacin industrializada. Su efecto es
particularmente evidente en las reas industriales
de
la agricultura, minera,
procesamiento
de minerales, movimiento de tierra, y esencialmente donde sucio,
rocas
y
minerales son manipulados
[2].
Cuando dos superficies
se
encuentran en
contacto, el
desgate aparece para ambas superficies. Los individuos y la industria tienden a
enfocarse hacia el desgaste
de
la superficie
que
representa el mayor potencial para la
prdida en su economa y se
considera
la otra superficie como el abrasivo. La
rata
de
abrasin
de
las superficies depende de: las caracterst icas
de cada
superficie, del
abrasivo
presente
entre las
superficies,
la velocidad de contacto y
dems condiciones
del entorno
que
posteriormente sern discutidas
en este
captulo.
2.2.2.1
Mecanismos
y
modos
de desgaste
abrasivo
Distintos mecanismos
han
sido propuestos para explicar cmo el material
es
removido
de
la superficie
durante
el fenmeno
de
la
abrasin,
estos
mecanismos
incluyen microcorte, microfractura,
fatiga por repetida
deformacin plstica
y
desprendimiento de
granos
individuales,
lo s
mismos
son ilustrados en
la figura 7 [1].
Debido
a la complejidad de la abrasin,
ningn
mecanismo
es responsable por s
solo
del
desgaste
producido,
son
muchos
los
factores
que
intervienen
tales
como
la forma y
4 1
-
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FACJJCfAD
Captulo II: Marco
Terico
dimensiones de las partculas;
as
como la relacin
de
dureza, resistencia a la rotura y
fluencia, mdulo de elasticidad; las condiciones del medio y
de
trabajo, la carga
aplicada
[2].
-O Direccin de abrasin
^aum
Direccin de abrasin
Grano
desprendindose
d) Desprendimiento de grano
Figura
7:
Mecanismos
del
desgaste
abrasivo: a) Corte, b) Fractura, c) Fatiga d)
desprendimiento de grano. (Fuente Stachowiak [1]).
El primer
mecanismo
ilustrado
en
la figura
7a,
corte,
es
la forma
ms severa de
desgaste
abrasivo
para
materiales dctiles. Durante el
proceso
de corte, la partcula
abrasiva
remueve viruta, de
manera
similar a
una mquina herramienta, esto t rae
como
consecuencia
remocin
de
material, pero
muy poco
desplazamiento
del mismo relativo
al tamao de la ranura.
Cuando
el material desgastado es frgil (Figura 7b)
las
fuerzas
aplicadas
por
el grano abrasivo
exceden
el esfuerzo lmite de
fractura
del material y la
prdida de material se da por la convergencia de grietas. ste mecanismo predomina
generalmente
en desgaste severo de materiales cermicos y es
activo
en materiales
como fundiciones
blancas.
Cuando un material dctil es desgastado por una partcula
redondeada entonces el corte
no se
da sino que la superficie es
repetidamente
deformada
(Figura 7c). En
este
caso la viruta es el
resultado de fatiga del
metal. El
ltimo
mecanismo
ilustrado (Figura
7d)
representa
el
desprendimiento
de
grano,
que
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-
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v?
Captulo II: Marco Terico
3i
FACULTAD
__
OE:
WGBMERU
de dos cuerpos,
sino
que las superficies desgastadas despliegan
una topografa
a
aleatoria
sugiriendo
la remocin gradual de capas superficiales por contacto sucesivo
con las partculas [1]
El desgaste abrasivo tambin puede
clasificarse
segn el ambiente en el que se
produce (Figura 9), en abierto o libre, y cerrado o restringido. Diferentes ensayos
a iaa | ^ ^* -*^ i4_
in
l
Par t cu las muv t enaces
Fo rma
redondeada
Figura 12: Efecto de la
fragilidad
y tenacidad del abrasivo sobre su eficiencia a desgastar.
(Fuente:
Stachowiak
[1])
En la figura 13 se pueden observar ejemplos de desgaste en diferentes
fundiciones blancas y aceros al
ser
sometidos a
dos
diferentes
abrasivos
de la misma
dureza. A pesar de que el cuarzo y el slice tienen la misma dureza, el cuarzo, por
poseer mayor tenacidad,
caus
de dos a tres veces mayor
desgaste
que el slice. En
general la
prdida
de material
se
incrementa
cuando
la tenacidad del
abrasivo
incrementa
[23].
50
40
Desgaste 30
(g)
20
Dureza :
/
t encidad:
Cuarzo
7 / t enaz
Sil ica
7/ frgil
Feldepasto
6/fragil
Dolomi ta
3 .5
Figura 13: Efecto de la tenacidad de los minerales en el desgaste. (Fuente: H.S. Avery [23])
48
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I
.,
,-^ _
FACULTAD
^3? Captulo II:
Marco
Terico ^Wmeru
Otro factor que controla la abrasividad de una partcula
es
el tamao y la
geometra del grano. El tamao de grano de la partcula se define generalmente como
el tamao mnimo de una esfera
que
encierra la totalidad de la partcula. Esta cantidad
se puede medir con relativa facilidad tamizando el
polvo
mineral a travs de orificios de
dimetro conocido. Se ha
encontrado
que por debajo de 10 pm de dimetro las
partculas son demasiado pequeas para desgastar bajo ciertas condiciones. La tasa
de desgaste abrasivo para una presin de contacto constante y otras condiciones
aumenta
de forma no lineal
con
el
dimetro
de partcula hasta
50
pm y alcanza un valor
lmite con un dimetro de aproximadamente 100 pm para la mayora de tos metates.
Para los polmeros a altas presiones de contacto, la
tasa
de
desgaste
aumenta, con un
dimetro
de
grano
de
partcula
de
hasta por io
menos
300 pm [1].
La forma de ias partculas difiere de una esfera ideal, en realidad en una
partcula
abrasiva estn presentes muchas aristas o esquinas. La
forma
de la partcula
es un
factor
importante debido a la influencia que esta tiene en lacarga de contacto y
la
transicin desde contacto elstico a plstico. Experimentos realizados han confirmado
que
ocurre
menos desgaste cuando los materiales son afectados
por
partculas
redondeadas en lugar de partculas agudas o filosas (Figura 14). [1].
Partcula
de forma
aguda
Partcula despuntada no ab ra s iva
Figura 14:
Cese
de
la abrasin con
el
incremento
de la redondez de la partcula. (Fuente:
Stachowiak
[1])
49
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' ' h
U*ft
FACULTAD
^^ ' Captulo
II:
Marco Terico ^gbweS*
b) Temperatura
Con respecto a la temperatura,
es
de esperar que el desgaste abrasivo se
incremente con aumento
de
la temperatura, debido a
que
la dureza y esfuerzo de
cedencia disminuyen. Sin embargo, estudios realizados han observado que al
incrementar significativamente la temperatura,
es muy
pequea la variacin de la tasa
de desgaste abrasivo que se produce. Se ha propuesto que la razn de este pequeo
cambio
se debe
a que durante la abrasin,
pequeas reas
son adiabticamente
calentadas, lo cual resulta en menor calentamiento del material durante el proceso de
abrasin. El resultado
final
es que las
reas
alrededor del material que est siendo
removido tienen temperaturas similares, independientemente de la temperatura inicial y
de tasas de
abrasin similares
[21].
c) Velocidad de contacto
Por otro lado, al considerar la velocidad
de
contacto,
se
ha demostrado que la
tasa de desgaste abrasivo es ligeramente incrementada por aumentos de la
velocidad,
en un rango de 0 a 2,5
m/s.
Este aumento
es atribuido
al calentamiento
producido
porla
friccin
an cuando el efecto
es
pequeo debido a que la abrasin est cerca de
ser
un
proceso
adiabtico.
Esto debiese resultar en casi el
mismo
pico de
aumento
de
temperatura, independientemente de la velocidad, por el volumen tan pequeo de
material
que se
remueve [21].
d)
Carga
Con respecto a la carga,
se
ha demostrado que sta es proporcional al desgate
abrasivo, sin embargo; este efecto desaparece cuando la carga es lo suficientemente
grande para fracturar las partculas abrasivas. Si al fracturarse las partculas abrasivas
se crean nuevos puntos filosos, el desgaste aumentar, pero si en cambio, los puntos
de las partculas se redondean el desgaste disminuir
[21].
50
-
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50/180
FACULTAD
%7Jf
Capitulo
II: Marco
Terico
' ?m_bw-_rIa
e)
Humedad
Existen resultados contradictorios sobre el efecto de la humedad sobre el
desgaste
abrasivo,
algunos
estudios realizados
para verificar
el
efecto
de la
humedad
atmosfrica en el desgaste abrasivo para una variedad de metales puros y aceros,
encontraron
que,
usualmente
el desgaste se
incrementaba
con
el
aumento de humedad
hasta un 65% de humedad relativa, atribuyndose esto a la fractura del abrasivo
asistida
por la
humedad
la cual genera nuevas partculas filosas
que
penetran la
superficie
del
material [24]. Por otro lado, en contraposicin a este argumento, otras
investigaciones
revelaron
resultados
muy
diferentes, relacionados
con
el
incremento
de
la humedad y la disminucin del desgaste abrasivo para hierro o acero suave,
mantenindose constante para titanio, y aumentando para cobre
[25].
Recientemente,
Wirojanupatump, y colaboradores
demostraron
la
importancia del papel del
agua en el
desgaste abrasivo ya que afecta
el
movimiento y la
fragmentacin
de las partculas
(dependiendo del tipo
de partcula, forma y
tamao) y, por
tanto, tiene un fuerte
efecto
sobre
las
tasas de desgaste. En tal sentido
concluyen
que las condiciones empleadas
en una prueba de abrasin
utilizada
para
simular
las condiciones de
servicio
deben ser
elegidas
cuidadosamente
con el
fin de imitar las condiciones de ste
lo
ms cerca
posible
y el medio ambiente (hmedo o seco) es un parmetro importante
que debe
ser
considerado [26].
f) Efectos corrosivos
En cuanto a los efectos corrosivos,
se
considera
que
el
desgaste
corrosivo
es
frecuentemente incrementado por condiciones corrosivas, particularmente con un
bajo
pH.
Estosdos procesos presentanun efecto
combinado.
La abrasin da lugar a nuevas
capas
que
rpidamente se
corroen,
y la capa
que
normalmente es protectora contra
la
corrosin del material es removida por la abrasin. En este sentido, empleando un
aparato de laboratorio de
mezclas abrasivas,
se demostr que el efecto combinado de
abrasin
y corrosin
puede
representar un
desgaste total
de
dos veces el
desgaste
de
cada uno de los fenmenos [27]. De
igual
forma, en un estudio de
molienda,
se
51
-
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fr^
13
^*
_ rACUCTAD
^3 fl
apitulo II: Marco Terico f-faiwEiaA
demostr que moliendo en aguas residuales
se
incrementaba la tasa
de
desgaste
aproximadamente el doble
que
si
se
haca
con
agua corriente [21].
Adems
de
las
variables
mencionadas
anteriormente
de
propiedades
del material
y condiciones ambientales, otros parmetros influencian el
desgaste
abrasivo. Estos
son
los parmetros de diseo, tales como: cargas, nivel de impacto y fuerza, tipo de
movimiento, rugosidad, vibracin y tiempos de ciclo a los cuales
se
someter el
material; y los
parmetros
de lubricacin
como
tipo y estabil idad del fluido lubricante
[28].
2.2.2.3 Influencia
de las propiedades de los materiales
en el
desgaste
abrasivo.
Entre las principales propiedades de los materiales
que
influyen en el
comportamiento de los mismos bajo la presencia del desgaste abrasivo estn la
dureza, mdulo de elasticidad, lmite elstico, temperatura
de
fusin, estructura
cristalina, microestructura y composicin [1,2,21].
a) Dureza del material:
Se ha logrado demostrar experimental y tericamente que la dureza de un
material se correlaciona de forma
directa
con la
tasa
de
abrasin
del mismo [21]. Un
aumento de la dureza produce una disminucin de la profundidad de indentacin o
penetracin del abrasivo y, por lo tanto, una disminucin del volumen del surco
producido en el deslizamiento [1,2,21]. Luego de la ejecucin
de
una gran cantidad de
ensayos
se
descubri que existe una relacin lineal inversa entre la
tasa
de abrasin y
la dureza para metales y aleaciones puras,
se
probaron, adems, aceros de varias
durezas y
de
nuevo
se
encontr
que
la dureza presenta una relacin lineal e inversa
con el desgaste abrasivo slo que con diferente pendiente dependiendo del material, tal
como se
muestra
en la figura
15
[29].
52
-
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Captulo II:
Marco
Terico
12 0
11 0
^ l6
Eaulvalente
Sovi t i ca
. ._. .
I
F0
10 0
u= a AISI
RF1
T1
- K112 0 3
90
U12 W1 (1.2%C)
U8 Wl (0.6% C)
40
C-1040
80
SHkh15 E52100
gkhS
FO
70
Resistencia
relativa al w
desgaste
50
HF 1
^ K h l 2
^ 1
a
_ r
=-__Tl
^ .40
U12
|
^-gkhS
ft
3 0
Cr
uojf
i
>>
-
7/23/2019 Castro Morin Ana Beatriz 01
53/180
O
Captulo ti: Marco
Terico
FAOJfefAD
Prueba d e
abra s in
d e
pasador : ca rbu ro
de
si l icio
l a r _e r_ i :a -< -_ iL_s - eoF - a *etar.da
Figura
16: Resistencia a la abrasin de diferentes materiales en funcin de la dureza. (Fuente:
Czichos
[30]).
b) Est ructura
cristalina:
El desgaste abrasivo es
dependiente de
la estructura cristalina y orientacin de
los materiales. En este sentido una serie
de
estudios, lograron demostrar
que
la rata
de
desgaste
en metales cbicos es aproximadamente el
doble
que la de metales
con
estructura hexagonal, esto atribuido a la menor capacidad
de
endurecimiento por
deformacin
de
los metales hexagonales [31].
c) Microestructura:
La microestructura
es
un factor importante
para
el desgaste abrasivo,
estructuras
como la austenita y bainita de igual dureza son ms
resistentes
a la abrasin que la
ferrita, periita o martensita, esto debido a la mayor capacidad de endurecimiento
por
deformacin y ductilidad de la austenita. [21].
Adicionalmente se ha
encontrado que la tenacidad de fractura, KIC, del material
es
importante para determinar el desgaste abrasivo
en
cermicos y,
en
menor grado,
en
fund ic iones de hierro .
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7/23/2019 Castro Morin Ana Beatriz 01
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%
_?
Captulo II:
Marco
Terico
i
FACULTAD
, DE
ingeniera
d)
Elementos aleantes:
Las
aleaciones
son
frecuentemente
utilizadas
para
incrementar el
desempeo
de
los materiales,
en
ellas los elementos aleantes pueden tomar
una
localizacin
intersticial o sustitucional. y permiten optimizar y controlar las propiedades de los
materiales. Una manera tpica de modificar las propiedades
de
un material
es
producir
una segunda fase, a travs de tratamientos trmicos, los cuales pueden causar la
formacin de precipitados que dan lugar a grandes aumentos de dureza y esfuerzos de
cedencia;
estos
precipitados, favorecen la resistencia a la abrasin cuando las
partculas son de mayor tamao que las del abrasivo de manera que la carga sea
transferida a los precipitados y estos sirven de proteccin a la matriz del material, sin
embargo, desafortunadamente, las pequeas partculas coherentes son cortadas
durante la deformacin plstica y las partculas incoherentes fallan en bloquear las
dislocaciones que se generan. Como resultado estos tratamientos de precipitacin no
proveen resultados tiles para reducir el desgaste abrasivo. En la figura 17 se muestra
lo ocurrido
