informe de laboratorio

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Escuela Superior

Politécnica de Chimborazo2011

Fernando Jiménez

ESCUELA DE

INGENIERÍA DE

MANTENIMIENTO

01/11/2011

Tribología



TribologíaEscuela de Ingeniería de Mantenimiento

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ContenidoInforme de laboratorio ........................................................................................................... 3

Tema: .................................................................................................................................. 3

Marco Teórico: .................................................................................................................... 3

Objetivos ............................................................................................................................. 8

Objetivo General: ............................................................................................................ 8

Objetivo Específico: ........................................................................................................ 8

Desarrollo de la practica ..................................................................................................... 8

Materiales e Instrumentos: ............................................................................................ 8

Métodos: ......................................................................................................................... 8

Esquema: ........................................................................................................................ 9

Conclusiones: .................................................................................................................... 14

Recomendaciones: ............................................................................................................ 14

Link – Bibliográfico: ........................................................................................................... 14




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Informe de laboratorioTema:

“ANÁLISIS MICRO ESTRUCTURAL DE MATERIALES ANTI FRICCIÓN.”

Marco Teórico:ALEACIONES BABBITT

Las aleaciones babbitt son utilizadas específicamente para la fabricación de cojinetes de fricciónpuesto que presentan cualidades como tenacidad y ductibilidad para resistir choques mecánicos yal mismo tiempo son duras y resistentes a la abrasión de manera que resisten al desgaste yoperan con el mínimo valor de pérdida de fricción.

Estas características se obtienen debido a la presencia de partículas duras incrustadas en unamatriz más blanda. La matriz blanda sede a la presión acomodando cualquier ligerodesalineamiento de un eje, al mismo tiempo tiende a desgastarse descubriendo a las partículasduras que resaltan en relieve, produciendo canales diminutos que ayudan a la lubricación,

reduciendo así las pérdidas por fricción .

DESIGNACIÓN Según la especificación ASTM B23, la designación para estas aleaciones es por grados ASTM,donde los Grados 1, 2 y 3 corresponden a las aleaciones babbitt al estaño y los Grados 7, 8 y 15, a

las aleaciones babbitt al plomo, siendo éstas, mucho más económicas que las anteriores, peromenos resistentes.

ASTM GRADO 1 COMPOSICIÓN [%]

Sn Sb Pb Cu

91 4.5 - 4.5

PROPIEDADES GENERALES

Densidad[kg/m^3]

MatrizBlanda

Inclusiones duras Punto defusión

[ºC]

Coeficiente derozamiento con

lubricación

7200 Estaño Cu6Sn5 - -

PROPIEDADES MECÁNICAS [MPa]

Resistencia deCompresión

Resistencia decedencia

Dureza Brinell Condición

89 30 17 a 20 ºC

48 19 8.0 a 100 ºC

APLICACIONESSe utiliza en máquinas de combustión interna, principalmente para chumaceras de cabeza de

biela.




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Sn Sb Pb Cu

89 7.5 - 3.5


Densidad[kg/m^3]

MatrizBlanda

Incluciones duras Punto defusión

[ºC]


lubricación

7300 Estaño Cu3Sn 342 -





103 42 24.5 a 20 ºC

60 21 12 a 100 ºC

APLICACIONESPor ser una aleación dura se usa principalmente en chumaceras para motores de avión y

automóvil y en trabajo general para servicio pesado.


Sn Sb Pb Cu

84 8.0 - 8.0


Densidad[kg/m^3]

MatrizBlanda


[ºC]


lubricación

7400 Estaño SnSb,Cu3Sn 380 0.005





121 46 27 a 20 ºC

68 22 14.5 a 100 ºC

APLICACIONESSe utiliza para trabajos generales, donde se requiera servicio pesado.


Sn Sb Pb Cu

10 15 75 -




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Densidad[kg/m^3]

MatrizBlanda


[ºC]


lubricación

9500 Plomo SnSb 400 0.009





108 25 22.5 a 20 ºC

43 11 10.5 a 100 ºC

APLICACIONESSe utiliza a temperaturas elevadas para presiones y velocidades moderadas como en bombas.


Sn Sb Pb Cu

5 15 80 -


Densidad[kg/m^3]

MatrizBlanda

Inclusiones duras Punto defusión

[ºC]


lubricación

9600 Plomo SnSb 460 0.005

PROPIEDADES MECÁNICAS [MPa]Resistencia deCompresión



108 23 20 a 20 ºC

43 12 9.5 a 100 ºC

APLICACIONESSe utiliza a temperaturas elevadas para presiones y velocidades Medias.

MATERIALES PARA COJINETES DE FRICCIÓN

BocinesBronce SAE 40

Bronce ASTM C 38500

Chumaceras en general

Bronce SAE 62

Bronce SAE 64

Bronce SAE 65

Chumaceras de cabeza de biela Babbitt ASTM Grado 1

Chumaceras de trabajo general para serviciopesado

Babbitt ASTM Grado 2


Chumaceras para motores de avión Babbitt ASTM Grado 2

Chumaceras que trabajan a temperaturas

elevadas y a presiones y velocidades moderadas Babbitt ASTM Grado 7




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Chumaceras que trabajan a temperaturaselevadas y a presiones y velocidades medias


Cojinetes poco cargados y con lubricaciónforzada

Bronce ASTM C 38500

Bronce ASTM B 148

Cojinetes que trabajan con bajas velocidades ypresiones

Fundición ASTM 100-70-03Fundición ASTM 65-45-12

Bronce ASTM B 148

Cojinetes de máquinas de combustión interna Babbitt ASTM Grado 1

Cojinetes para trabajar en contacto con acerosbonificados

Bronce SAE 64

Bronce SAE 65

Cojinetes para sistemas de lubricación normal Bronce SAE 40

Manguitos de Bombas Bronce SAE 40

Son aleaciones ternarias de plomo, antimonio y estaño en las que se aprovecha el bajocoeficiente de fricción del plomo, si es con base plomo es: 75Sb, 10%Sn.

De acuerdo a su composición se pueden clasificar de la siguiente manera:

1. Aleaciones antifricción amarillas o rojas para cojinetes.

Contienen casi siempre 80% y hasta 90% de cobre y además hasta 10 –20% de estaño y a

menudo zinc hasta un 5%. Estos materiales deben clasificarse entre los bronces como se

desprende de su composición, su textura está formada por cristales duros y uniformes. Estas

aleaciones poseen gran capacidad para soportar altos esfuerzos a compresión.

2. Aleaciones antifricción blancas.

Se distinguen esencialmente de las anteriores en que su textura está formada por una masa

fundamental blanda, en el cual se encuentran incrustados cristales duros. Los ejes no necesitanestar ajustados con tanta exactitud como los cojinetes de aleación amarilla, pues la masa

fundamental blanda se desgasta con la marcha de modo que los cristales duros dispuestos por

grupos son los que al fin y al cabo sostienen al eje. Si la presión del cojinete es mayor, los cristales

duros se aplastan y la superficie de apoyo se aumenta, con lo que la presión unitaria se hace

menor. Además de su bajo punto de fusión tiene la ventaja de que en caso de calentarse el

cojinete no hay desgaste sino que el metal se funde.

3. Aleaciones antifricción a base de Plomo y Estaño.

Metal BABBIT es un término genérico para designar aleaciones suaves con base de estaño y

plomo, que se funden como superficies de cojinete o apoyo en tapas o respaldos de acero, bronce

o hierro fundido. Los Babbit tienen excelente capacidad embebedora (o sea de encerrar oenclavar dentro de sí las partículas extrañas) y conformabilidad (capacidad para deformación

plástica y compensar las irregularidades en el cojinete).

4. Aleaciones antifricción a base de aluminio.

Se utilizan para soportar cargas muy pesadas, pero no han sustituido al Babbit en equipo que

trabaja con carga constante unidireccional. Los dos primeros tipos de aleación (Estaño, Níquel)

pueden usarse como cojinetes fundidos integrales (chumaceras) o con respaldo de acero, el tercer

tipo (Cobre) se usa con respaldo de acero como soporte.

5. Aleaciones antifricción a base de zinc.




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Han sido muy empleadas como aleaciones para cojinetes, en particular como metales

substitutivos durante la guerra; en general son aleaciones duras, es decir, más bien parecidas a las

amarillas, pero en calidad son inferiores a estas.

6. Aleaciones antifricción a base de cadmio.

Son de Cadmio - Níquel (con contenido de alrededor de 1.5% de níquel y de 0.4 a 0.75% decobre) y de cadmio - plata (con contenido de 0.5 a 2% de plata). Estas aleaciones no tienen tanta

confortabilidad como las aleaciones de metal blanco y son más duras que el Babbit. Aunque

poseen mayor resistencia a la fatiga (en particular a temperaturas elevadas), que el Babbit, son

más susceptibles a la corrosión en lubricante ácidos.

7. Aleaciones antifricción a base de plata.

Los cojinetes con plata han tenido mucho éxito en aplicaciones de trabajo pesado en motores

grandes de avión y diesel. Para motores de pistones, los cojinetes con plata normalmente

consisten en lata electropositiva sobre un respaldo de acero y con un recubrimiento de plomo de

0.001 a 0.005%. Se utiliza una capa muy delgada de indio encima del recubrimiento del plomo,

para aumentar la resistencia a la corrosión del material.

8. Aleaciones antifricción a base de cobre.

Tienen una amplia gama de propiedades y se presentan para muchas aplicaciones. Si se

utilizan por sí solas o en combinación con el acero, Babbit o grafito, los bronces y los cobre -

plomos se funden sobre tiras de acero para respaldo en capas muy delgadas (0.02 plg.) para

constituir la superficie del cojinete.

9. Cojinetes de metales porosos.

Se emplean en aquellos casos en que los cojines corrientes no se usan debido a la

inaccesibilidad para la lubricación. Se obtienen a partir de polvos de metales que se prensan en

matrices y que después de ser sometidos a compresión se sinterizaron a elevadas temperaturasen atmósferas reductoras. Una vez sinterizados los cojinetes se sumergen en aceite y después de

impregnados se acaban de trabajar en un troquel con tolerancias precisas.

Los cojinetes porosos son fuertes y encierran espacios huecos en los que se introduce el

lubricante.

Para los cojinetes porosos lubricados con aceite se recomiendan temperaturas máximas de

trabajo de 65ºC.

10. Fundición de hierro.

Se emplean como materiales antifricción cuando las exigencias de trabajo son reducidas.

Se ha recomendado que el juego existente entre el cojinete de fundición de Fe y el eje sea

mayor de lo normal, con el objeto de que las partículas duras que puedan desprenderse de lafundición no llenen el espacio del juego.




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Objetivos

Objetivo General:

Analizar la microestructura de los metales anti fricción.

Objetivo Específico: Análisis micro estructural del plomo

Análisis micro estructural del estaño

Análisis de la aleación plomo –estaño en la base de reconstrucción de los cojinetes.

Análisis micro estructural delbronce fosfórico.

Desarrollo de la práctica

Materiales e Instrumentos:

Materiales:

Lijas 320-400-600-1200. Probetas de plomo, estaño, plomo-estaño, bronce fosfórico.

Reactivo para plomo y aleaciones: 1.5 ml Ac. Acético, 10ml. HNO3, 40 ml H2O Destilada.

Alúmina: es el óxido de aluminio (Al2O3)

Nital2: 5% de Ácido Nítrico en Alcohol Metílico.

Instrumentos:

Porta lijas.

Lijadora rotatoria de pulido y ataque de la probeta.

Pipeta.

Microscopio electrónico equipado con equipos audiovisuales.

Métodos:

Comenzamos puliendo las probetas elementos de nuestro estudio, este se hace con el esmeril

o la lima con el fin de dejar la superficie con la que vamos a trabajar uniforme.

Después procedemos a un pulido fino este se hace con lijas colocadas de forma ordenada en

el portaligas, para ello se debe realizar mediante un movimiento continuo y repetitivo a lo

largo de la disposición de las lijas y ayudadas por un chorro continuo de agua el mismo que

permite un mejor pulido y la remoción de virutas desprendidas una vez que las

irregularidades has sido eliminadas se procede a pulir con la lija más fina según el orden hastallegar a pulir con la lija 1200.

Para finalizar el pulido pasamos a la lijadora rotativa y con alúmina para lograr obtener una

superficie como espejo.

Una vez pulida la superficie se procede al ataque químico esto se logra mediante la aplicación

de reactivos, estos son ácidos los mismos que con ayuda de un microscopio nos permite

observar la microestructura que compone en material estudiado, hay que tener mucha

precaución al con el tiempo de exposición del reactivo al material estudiado ya que la falta o

su exceso de tiempo va a generar una identificación incorrecta.

Después procederemos a observar la microestructura del material en el monitor y

procedemos a tomar las fotos correspondientes.




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Esquema:

Foto 1. Pulido en el porta lijas Foto 2.Pulido en la lija rotativa con alúmina.

Foto 3. Ataque Químico.

Foto 4. Microscopio electrónico.




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Todas las imágenes tienen una ampliación de 100X = 375µm

Foto 4. Magnolia sin rectificar sin ataque.

Foto 5. Magnolia sin rectificar con ataque.

Foto 6. Magnolia sin rectificar sin ataque.

Porosidades e

irregularidades

superficiales

Probeta con tiempoexcesivo de exposición

al reactivo (t = 10s)

Su estructura cubicaprimaria de fase SbSn. yunos cristales primarios

pequeños de plomo (negro)en una matriz eutéctica

binaria (filigrana)




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Foto 7. Magnolia sin rectificar con ataque.

Foto 8. V. Plomo ataque 2.5s

Interface de metal base.

Foto 9. Plomo-Estaño con ataque 5s.

La microestructura consiste en granos deDendrita es rica en plomo con una soluciónsolida (obscura) in una matriz seudobinariaeutéctica (filigrama) constituye una matrizde SbSn de fase intermetalica (ligera) y rica

en una solución de plomo

Las partes de cobre (en la cima yfondo) en una combinación de 50 Pb 50

Sn. La estructura eutéctica es globular acausa de una solidificación rápida

Las partes de cobre (en la cima yfondo) en una combinación de 50 Pb 50Sn. La estructura eutéctica es globular a

causa de una solidificación rápida




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Foto 10. Estaño con ataque 8s. Foto 11. Estaño con ataque 8s.

Foto 12. Bronce barra hexagonal. Foto 13. Bronce barra hexagonal.

ataque de 6 min. ataque de 6 min.

Se trata de una matrizsolida rica en una solución

de estaño solida

Finas dendritas decobre en solución sólida y

partículas de plomo




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Foto 14. Bronce fosfórico. Foto 15. Bronce fosfórico.

ataque de 15 min. ataque de 15 min.

Diagrama Binario: Plomo – Estaño Tipo 2.

Estructura de granoscobre, pero con mayor

cantidad de plomointergranular




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Conclusiones:- Micro estructural del plomo, fue encontrada con dificultad ya que en el primer intento

atacamos con reactivo base plomo a 10s y la probeta se requemo pero después a 2.5 s la

estructura fue óptima.

- Micro estructural del estaño, está la atacamos con reactivo base plomo a 8s y observamos

la microestructura.

- Aleación plomo –estaño, se requemo con el reactivo base plomo a 10s después en 5s la

microestructura mostrada fue la real.

- Análisis micro estructural del bronce, para este material el ataque fue de Nital 2, para el

primero de 6min y para el siguiente de 15min, encontrando la estructura característica

del bronce.

Recomendaciones:

- Pulir las superficies adecuadamente evitando que durante su proceso puedan quedarlíneas que sobre la superficie y de la misma.

- Para realizar el ataque químico utilizar el reactivo correcto y durante el tiempo adecuado

para evitar que las probetas lleguen a quemarse o que su microestructura no pueda ser

tan visible como se esperaba.

- Remover el reactivo una vez cumplido su tiempo y secarlo de una manera adecuada.

Link –

Bibliográfico:http://www.mitecnologico.com/im/Main/AleacionesAntifriccion

METALS HANDBOOK vol. 7, 8th edition

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