1. Objetivos• Investigar acerca de aleaciones resistentes al desgaste• Asimilar la diferencia entre aceros y fundiciones• Aprender sobre Ensayos de desgaste

2. IntroducciónEn toda la historia, el ser humano, ha hecho descubrimientos que son relevantes para adaptarse a las nuevas situaciones que se presentan y mejorar las condiciones del entorno en que vive. En el campo de la metalurgia este principio también se aplica, la necesidad de contar con aleaciones resistentes al desgaste es una realidad que cada vez toma más fuerza.

3. Que es el desgasteEs una propiedad del material que está en función del sistema en el que opera, y es definido como la perdida de material en la superficie por medio de distintos mecanismos. Dependiendo de ellos se clasifican de la siguiente manera:a. Fatiga: el desgaste de fatiga se origina por la carga cíclica repetitiva (fatiga de la superficie).b. Fricción / frotamiento: El desgaste friccional es resultado del deslizamiento o el contacto

rodante de dos superficies entre sí.c. Abrasión: El material es eliminado o desplazado de la superficie por partículas duras o

protuberancias.d. Erosión: Desgaste causado por partículas duras que impactan sobre la superficiee. Corrosión: la forma más compleja de desgaste y la más difícil de comprender, y es el resultado

de algún tipo de ataque químico u oxidación.f. Impacto: es producido por cargas sucesivas producidas por choques puntuales en

la superficie. Si la superficie es frágil, puede fracturarse fácilmente, pero si es tenaz cederá por deformación elástica o plástica

4. Diferencia entre aceros y fundiciones:Su principal diferencia es su composición química teniendo las siguientes clasificaciones:Hierro: < 0,008%C Acero: entre 0,008%C y 2,11%CFundiciones: >2,1%

a. Fundiciones: i. Como se fabrican

Primero se diseña el molde, teniendo esta una cavidad la cual es ligeramente sobredimensionada, los cuales se hacen de arena, yeso, metal y cerámica.

El metal se calienta en un horno de cubilote, donde se trasforma completamente en liquido

Luego se vierte en el molde si este es abierto se vierte directamente hasta llenar la cavidad, si es cerrado se vierte por un sistema de vaciado

Una vez enfriado completamente se remueve del molde y dependiendo del método de fundición se le aplica los siguientes procesos:

Desbaste de la pieza por excedente de la fundición Limpieza de la superficie Tratamiento térmico para mejorar sus propiedades Maquinado en ciertas partes de la pieza para lograr tolerancias

estrechas

Figura 2. El horno de cubilote y sus partes

a) envoltura cilíndricab) revestimiento interno c) Chimenea d) boca de carga e) Cámara de aire f) Toberas g) piquera de escoria h) Puerta lateral de encendido i) canal de colada j) Solera k) Plancha l) columnas de apoyo m) crisol

b. Clasificación: existen 3 tipos de fundiciones: ordinarias, aleadas, especialesi. Ordinarias

Gris: tienen una composición de entre 2,5%C a 4%C y de 1%Si a 3%Si, y recibe su nombre del color que tiene cuando se fractura. está constituido por una matriz ferritica o perlitica con grafito precipitado en forma de láminas, estos precipitados ocurren por una baja de la solubilidad del carbono en la austenita. Esta estructura le proporciona una mayor absorción a la vibración y, los vuelve frágiles y poco resistente a la tracción. Son utilizadas principalmente para tambores de freno, cilindro, pistones de motor, ejes y bloques de motor. Silicio

Blancas: tienen una composición de 4%C y <01%Si, con una matriz perlitica con cementita, y reciben su nombre por el color cuando se fracturan. Estas fundiciones a diferencia de las grises todo el carbono está en completamente forma de cementita. Estas son extremadamente duras por lo cual son inmecanizables, tienen una baja tenacidad, mala ductilidad, y alta resistencia al desgaste y se utilizan principalmente para fabricar fundiciones maleables.

En la primera imagen se muestra dendritas de perlitas en una matriz de cementita, en la segunda se muestra más a detalle la estructura de perlita.

Atruchadas:Se caracteriza por tener una matriz de fundición blanca combinada parcialmente con fundición gris. El carbono se encuentra libre y combinado, siendo difícilmente maquinable

ii. Aleadas Baja y media aleación

1-2%Cr: son fundiciones blancas de 1 a 2%Cr, y tienen una gran resistencia al desgaste y la abrasión donde no importa mucho la tenacidad del mineral, las durezas son variables y van de 400 a 450 brinell. Se utilizan principalmente para placas de blindaje, pieza de rozamiento, zapata de freno, guías de rodadura.

Martensiticas resistentes al desgastei. Blancas

Ni-Hardesta aleado al cromo para minimizar la formación de grafito y están estandarizadas según ASTM A532

Las óptimas para la abrasión las IA y IC llegando alcanzar una dureza superior a los 600 HB. La estructura es una matriz martensitica con austenita retenida, el cromo asegura que el hierro solidifique en forma de carburo

ii. Grises: Se les conoce por fundiciones autotemplables, por la dureza alcanzada de 400 a 450 brinell martensítica que adquieren directamente de la colada sin ningún tratamiento. Esta tiene una matriz martensitica y no pueden ser mecanizadas con herramientas orinarías

Alta aleacióni. Altas en cromo:

Está regida por la misma norma de la niquel-hard. Estas tienen un contenido de 11-22%Cr y hasta 3,5%Mo, tienen una matriz austenítica o austenítica- martensítica, y por medio de tratamiento térmico se obtiene una matriz martensítica, este tratamiento se utiliza para obtener una máxima resistencia a la abrasión, esta es una de las más duras de las fundiciones blancas con valeres entre los 400 a 550 brinell

iii. Especiales Fundiciones maleables:

Para estas fundiciones se le aplica un tratamiento térmico a las fundiciones blancas a temperaturas entre 800 a 900 ° C en una atmosfera inerte, el resultado de estas es que el carbono forma precipitados de grafito en forma de racimos o rosetas dentro de una matriz ferritica o perlitica, sus propiedades son muy difíciles de maquinar, quebradizas, duras, pero más maleables que las blancas. Se emplean principalmente en tubos de dirección y engranajes de trasmisión, muelles tubulares y partes de válvulas.

c. Acerosi. Al carbono:

Estos aceros tienen <1,65%Mn, 0,6%Si, 0,6%Cu. Y se utilizan para figuran máquinas, carrocerías de automóvil, la mayor parte de las estructuras de construcción de acero, cascos de buques, somieres y horquillas

ii. Aleadas:Pueden contener V, Mo,Ni,Cr y W gracias a estos elementos se pueden obtener distintas características

iii. De baja aleaciónSon más baratos que los aceros convencionales y tienen una resistencia mayor, por lo tanto, se pueden hacer piezas más delgadas. Se utilizan principalmente para vigas, vagones

iv. Inoxidables:Contiene Cr, Ni,etc. Estos elementos los mantienen brillantes y resistentes a la corrosión, también son capaz de soportar estas piezas largos periodos a temperaturas extremas. Se utilizan para tuberías y tanques de refinerías de petróleo o plantas químicas, entre otros. Y según su microestructura son clasificados.

v. Aceros resistentes al desgaste Acero alto en cromo

Tienen un mínimo de 11% Cr el cual crea una película pasiva que impide las reacciones químicas, de la resistencia a la corrosiónFabricación:Se fusiona el hierro, chatarra y ferro-aleaciones, para luego pasar a refinación para eliminar impurezas y reducir el contenido de carbono, luego el acero líquido se cuela en continuo se contraen planchones y se forman rollos rolados en caliente. Para finalizar se lamina en frio, recocido y limpieza.Estos se dividen en 3 tipos:

• Martensíticos: tienen elevada dureza (por tratamiento térmico) y gran facilidad de maquinado, resistentes a la corrosión moderada. Son magnéticos y su contenido es de 10.5-18%Cr y hasta 1.2%C.

• Ferriticos: tiene entre 12-18%Cr y 0.2%C. y tiene buena resistencia a la corrosión, dureza no muy alta y no se incrementada con tratamiento térmico.

• Austeniticos: se le agrega níquel para obtener austenita. Se tiene 16-28 %Cr, 3.5-22%Ni y 1.5-6%Mo. tiene resistencia a la corrosión, excelentes factores de higiene-limpieza, fácil de transformar. Excelente soldabilidad, no se endurecen por tratamiento térmico y se puede utilizar en temperaturas altas como muy bajas

Acero DuplexSu microestructura está compuesta por ferrita y austenita. la ferrita le da resistencia y la austenita aumenta la tenacidad. está compuesta 18 a 25%Cr, entre 4,5 y 6,5%Ni y < 0,03%C, y con elementos aleantes como Mo,N,Cu,W, los cuales se agregan para mejorar la resistencia a la corrosión. tienen elevada resistencia mecánica, un límite elástico entre 700-900 MPa. La resistencia a la fluencia es dos o tres veces mayor que los aceros inoxidables, resistencia a la tracción 25% mayor y buena ductilidad a temperaturas normales. Se puede usar entre -40°C hasta 250°C TIP: la Estatua de la Libertad fue reparada con este material, ya que el ambiente en donde esta es altamente corrosivo.

Acero hadfieldBla bla bla

5. Ensayos de desgastea. Abrasión de arena seca y rueda de goma:

Son los ensayos más utilizados, donde la arena se alimenta entre la muestra y la rueda de goma giratoria para luego analizar la perdida de volumen de la probeta

b. Abrasión de bond:abrasión fue desarrollada por Allis-Chalmers. El equipo consta de un tambor giratorio en el que se colocan las muestras de mineral seco, con una paleta de impactos montada en un eje central que gira a una velocidad superior a la del tambor. La paleta está hecha de aleación de acero endurecido estándar a 500 Brinell. El índice de abrasión se determina a partir de la pérdida de peso de la paleta en condiciones de funcionamiento normal. Esta se utiliza para determinar el desgaste de los tubos y los medios de acero en trituradores, molinos de barras y de bolas.

c. Pin on discconsta básicamente de un disco giratorio sobre el que se fija el material bajo ensayo y en ella se puede cargar un elemento tipo punzón, bola o superficie plana con un peso conocidolos datos se controlan con el software MT4002, los parámetros principales son la fuerza de rozamiento, coeficiente de rozamiento, desgaste y temperatura.Se pueden hacer distintas condiciones de ensayo:

• Equipo de alta temperatura. Se puede analizar un material hasta 800 °C• Equipo de temperatura con opción módulo lineal. Módulo que permite al

tribómetro generar desplazamientos lineales en ambos sentidos hasta 40mm, también tiene placa calefactora que puede controlar la temperatura hasta 200 °C.

• Conjunto para ensayos de lubricación. Ésta permite realizar estudios de desgaste bajo condiciones de lubricación mediante un sistema de pulverización del lubricante bajo presión de aire en la muestra.

6. Conclusiones