Capitulo 1

Introduccin

Definicin

El desgaste se define como el deterioro de piezas despus de un determinado nmero de ciclos al que son sometidos los materiales. Este fenmeno principalmente se presenta en la superficie de los materiales. La consecuencia de este efecto, es la prdida continua de material, disminucin de dimensiones y por consiguiente alteraciones en el funcionamiento de la pieza afectando su vida til y rendimiento.

Tipos de desgastes

La palabra desgaste es un concepto muy amplio y estudiado en la ingeniera, ya sea porque aun no hay una regla general que abarque todos los tipos de desgastes presente en la industria. Los investigadores hay logrado demostrar que este fenmeno se debe a superficial y naturaleza del medio entre otros.El proceso de desgaste, puede definirse como una prdida de material de la interfase de dos cuerpos, cuando se les ajusta a un movimiento relativo bajo la accin de una fuerza. En general, los sistemas de ingeniera implican el movimiento relativo entre componentes fabricados a partir de metales y no metales, y se han identificado seis tipos principales de desgaste, como sigue:

a. Desgaste abrasivo.b. Desgaste adhesivo.c. Desgaste por fatiga superficial.d. Desgaste por deslizamiento.e. Erosin por cavitacin.f. Corrosin galvnica.

Desgaste abrasivo

Se define el desgaste abrasivo como la prdida de masa resultante de la interaccin entre partculas o asperezas duras que son forzadas contra una superficie y se mueven a lo largo de ella. La diferencia entre desgaste abrasivo y desgaste por deslizamiento es el grado de desgastes entre los cuerpos involucrados (mayor en el desgaste abrasivo), yasea por la naturaleza, tipo de material o composicin qumica.

Existen dos clases bsicas del desgaste abrasivo: Por contacto- microcort. Por deformaciones plsticas.

Microcorte

Si la dureza de las partculas abrasivas es superior a la del material y si se sobrepasa el lmite de rotura del material se produce el microcorte de las capas superficiales; generando partculas de desgaste

Figura 1: Mecanismo de microcorte

Por deformacin PlsticaSi el grado de penetracin est por debajo del valor crtico se produce las deformaciones plsticas trayendo por consecuencia el rayado de la superficie en direccin arbitraria; no se genera partculas de desgaste .

Figura2:Mecanismo de deformacin plastica

Desgaste adhesivo.

La adhesin est asociada a toda formacin y posterior rompimiento de enlaces adhesivos entre las interfaces, cuando dos superficies son colocadas en contacto ntimo. La adhesin conlleva adems al soldado en fro de las superficies. Con respecto al desgaste adhesivo, el papel principal lo juega la interaccin entre las superficies y su grado de limpieza, es decir, cuando el acercamiento entre lo cuerpos es tal, que no se presenta ningn tipo de impurezas, capas de xido o suciedades, se permite que el rea de contacto sea aumentada, pudindose formar uniones adhesivas ms resistentes. El desgaste adhesivo es ayudado por la presencia de altas presiones localizadas en las asperezas en contacto. Estas asperezas son deformadas plsticamente, permitiendo la formacin de regiones soldadas localizadas. El desgaste adhesivo ocurre como resultado de la destruccin de los enlaces entre las superficies unidas, permitiendo que parte del material arrancado se transfiera a la superficie del otro. As, la superficie que gana material aumenta su rugosidad con el agravante de que cuando el movimiento continua, se genera desgaste abrasivo contra la otra superficie. Piezas de maquinaria donde est normalmente involucrado el desgaste adhesivo, son. Sistemas, biela-seguidor, dados de extrusin alambre, cola de milano-apoyo, engranajes, rodamiento-apoyo y herramientas de corte, son elementos que pueden sufrir desgaste debido a adhesin. Esta forma de desgaste ocurre cuando dos superficies se deslizan una contra otra bajo presin. Los puntos de contacto ( figura 3), proyecciones microscpicas o la aspereza de la unin en la interfase donde ocurre el deslizamiento debido a los altos esfuerzos localizados, llevan a que las fuerzas de deslizamiento fracturen la unin, desgarrando al material de una superficie y transfirindolo a otra, lo que puede ocasionar posteriormente mayor dao.

Figura 3: Desgaste Adhesivo

Desgaste por fatiga superficial

Este tipo de desgaste ocurre cuando piezas son sometidas a elevados esfuerzos, los cuales provocan la aparicin y propagacin de grietas bajo la accin repetitiva de estos. En el caso de piezas sometidas a deslizamiento, las capas superficiales sufren intensas deformaciones como resultado de la accin simultnea de las tensiones de contacto y de la fuerza de friccin. Los esfuerzos a los que estn sometidos los materiales particularmente en las capas superficiales, promueven en la mayora de los casos, alteraciones en la estructura cristalina y en el tamao de grano. El picado originado a partir de grietas, es una de las fallas por fatiga de contacto superficial tpica de elementos de mquinas, los cuales trabajan bajo rgimen de lubricacin elastohidrodinmica y elevadas cargas superficiales. Este es el caso de cojinetes de rodamiento y ruedas dentadas en su punto de contacto. Aqu, el mecanismo principal de falla es la aparicin y propagacin de grietas despus que las superficies han almacenado una determinada deformacin plstica. Por esto, es importante el buen acabado superficial y la correcta seleccin y filtrado de los lubricantes.

Figura 4: Desgastes por fatiga superficial

Desgaste por deslizamiento

Esencialmente, el desgaste por deslizamiento es aquel en el cual hay un movimiento relativo entre dos superficies en contacto con una carga aplicada, donde el dao de la superficie no ocurre por riscado debido a la penetracin de las asperezas o por partculas externas. El desgaste por deslizamiento es uno de los tipos de desgaste que ocurre con ms frecuencia en la industria y por esto es estudiado con gran inters por los investigadores. Una de las razones del gran esfuerzo dedicado al estudio del desgaste por deslizamiento es su complejidad, especialmente en lo que se refiere a los mltiples mecanismos involucrados. En el desgaste por deslizamiento estn presentes mecanismos de adhesin, formacin y crecimiento de grietas sub-superficiales por fatiga y formacin de pelculas superficiales por procesos triboqumico . Tambin ocurre abrasin por microcorte, surcado o formacin de proas. Un esquema que muestra un sistema que sufre este tipo de desgaste es presentado en la figura 4.

Figura 5: Desgaste por deslizamiento anillo interior de rodamiento.

Figura 6 : Desgaste por deslizamiento.

Erosin por cavitacin

La cavitacin es un efecto hidrodinmico que se produce cuando un fluido en estad liquido pasa a gran velocidad por una arista afilada, produciendo una descompresin del fluido debido a la conservacin de la energa. Esta descompresin causa un vacio parcial, la formacin y crecimiento de burbujas de vapor dentro del lquido. Si la presin del lquido aumenta las burbujas se condensan y aplastan (implosionan) las paletas de la turbina. Esta accin es puramente mecnica, pero a menudo ocurre en presencia de corrosin galvnica. .Figura 7: Zona de formacin y colapso de burbujas dentro de un impulsor de una bomba.

Figura 8: Impulsor de acero inoxidable daado por cavitacin.

Corrosin galvnica.

La corrosin galvnica es un complejo fenmeno que produce dao a una superficie, causado por un flujo de corriente en un lquido, de una superficie metlica a otra. En general,la corrosin metlica implica la prdida de metal en un punto de la superficie expuesta. La corrosin puede presentarse en varias formas, desdeataques uniformes sobre toda la superficie hasta ataques locales agudos. Cuando las condiciones favorables a la corrosin galvnica existen en presencia de cavitacin (como en las superficies de los cilindros de motores Diesel), cabe esperar que la corrosin acelere el dao, por eliminar la pelcula protectora.

Figura 9: Efecto de corrosin galvnica en un perno. Los principios de lacorrosin galvnica se utilizan en la proteccin catdica.La proteccin catdica es un mtodo para reducir o evitar la corrosin de una superficie metlica utilizando un metal menos noble como nodos de sacrificio (zinc o aluminio) o generando una corriente continua elctrica igual y en sentido contrario a la corriente producida por corrosin (corrientes impresas).