Grados De Libertad

1. DESGASTE DE MATERIALES INTRODUCIÓN El desgaste es conocido desde que el ser humano comenzó a utilizar elementos naturales que le servían como utensilios domésticos. Este fenómeno al igual que la corrosión y la fatiga, es una de las formas más importantes de degradación de piezas, elementos mecánicos y equipos industriales. El desgaste puede ser definido como el daño superficial sufrido por los materiales después de determinadas condiciones de trabajo a los que son sometidos. Este fenómeno se manifiesta por lo general en las superficies de los materiales, llegando a afectar la sub-superficie. El resultado del desgaste, es la pérdida de material y la subsiguiente disminución de las dimensiones y por tanto la pérdida de tolerancias. Los mecanismos de daño en los materiales se deben principalmente a deformación plástica, formación y propagación de grietas, corrosión y/o desgaste Desde que el desgaste comenzó a ser un tópico importante y que necesitaba estudiado y entendido, comenzaron a aparecer en los libros de diseño y en la mente de los diseñadores, ideas sencillas de como prevenirlo o combatirlo, entre esas ideas se tienen: 1. Mantener baja la presión de contacto 2. Mantener baja la velocidad de deslizamiento 3. Mantener lisas las superficies de rodamientos 4. Usar materiales duros 5. Asegurar bajos coeficientes de fricción 6. Usar lubricantes Tipos de desgaste. Desgaste por fatiga de contacto. Este tipo de desgaste ocurre cuando piezas son sometidas a elevados esfuerzos, los cuales provocan la aparición y propagación de grietas bajo la acción repetitiva de estos. En el caso de piezas sometidas a deslizamiento, las capas superficiales sufren intensas deformaciones como resultado de la acción simultánea de las tensiones de contacto y de la fuerza de fricción. Los esfuerzos a los que están sometidos los materiales particularmente en las capas superficiales, promueven en la mayoría de los casos, alteraciones en la estructura cristalina y en el tamaño de grano. Con las nuevas tecnologías se ha necesitado de materiales, que a través de modernos procesos de producción o de tratamiento térmico, presenten una combinación especial de microestructura y propiedades mecánicas, garantizando con esto, niveles de tolerancia, acabado superficial y desvíos de forma y posición cada vez mejores. Por otra parte las leyes son cada vez más rigurosas, controlando los niveles de ruido y contaminantes perjudiciales para el hombre y el medio ambiente que provienen de selecciones equivocadas de materiales o procesos de producción empíricos. El picado originado a partir de grietas, es una de las fallas por fatiga de contacto superficial típica de elementos de máquinas, los cuales trabajan bajo régimen de lubricación elastohidrodinámica y elevadas cargas superficiales. Este es el caso de cojinetes de rodamiento y ruedas dentadas en su punto de contacto. Aquí, el mecanismo principal de falla es la aparición y propagación de grietas después que las superficies han almacenado una determinada deformación plástica. Por esto, es importante el buen acabado superficial y la correcta selección y filtrado de los lubricantes. Según Gras e Inglebert (1998), la fatiga de contacto se debe al aparecimiento de transformaciones microestructurales o decohesiones localizadas que conducen al daño de las superficies. DESGASTE ABRASIVO DEFINICIÓN La Norma ASTM G40-92 define el desgaste abrasivo como la pérdida de masa resultante de la interacción entre partículas 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 desgaste” entre los cuerpos involucrados (mayor en el desgaste abrasivo), ya sea por la naturaleza, tipo de material, composición química, o por la configuración geométrica. Como se muestra en la figura 7, existen básicamente de los tipos de desgaste abrasivo, estos son: desgaste abrasivo a de los cuerpos o a tres cuerpos. En abrasión a de los cuerpos, el desgaste es causado por rugosidades duras pertenecientes a una de las superficies en contacto, mientras que la abrasión a tres cuerpos, el desgaste es provocado por partículas duras sueltas entre las superficies que se encuentran en movimiento relativo. Como ejemplo de desgaste abrasivo a dos cuerpos, se tiene un taladro penetrando una roca, mientras que a tres cuerpos se puede citar el desgaste sufrido por las mandíbulas de una trituradora al quebrar la roca, o por la presencia de partículas contaminantes en un aceite que sirve para lubricar de los superficies en contacto deslizante.

2. Figura 7. Desgaste abrasivo a) a de los cuerpos y b) a tres cuerpos La figura 8 muestra la influencia del tamaño de partícula generada durante el desgaste o inherente al sistema en la definición del mecanismo de desgaste operante. El mecanismo de adhesión es verificado para tamaños de partículas menores de 10 m, que corresponden a tamaños característicos de micro-constituyentes en materiales ferrosos (por ejemplo carburos en el acero AISI 52100) o partículas de desgaste que permanecen en el área de contacto, pero sin llegar a actuar como partículas abrasivas, pues el “nivel de actuación” de esas partículas para el sistema es aún bajo. Para tamaños mayores que 10 m, la variación de la tasa de desgaste sigue características frecuentemente vistas en sistemas abrasivos, como será visto posteriormente. Figura 8.Variación del desgaste específico con el tamaño de la partícula (m) MECANISMOS DE DESGASTE ABRASIVO El mecanismo más efectivo de remoción de material en desgaste abrasivo para materiales dúctiles es el corte. Aunque en función de determinadas variables del sistema y propiedades de los materiales involucrados, la eficiencia en la remoción de material bajo este mecanismo puede ser atenuada. Cuando esto ocurre, se dice que está presente el mecanismo de microsurcado, donde la remoción de material solamente se dará por acciones repetidas de los abrasivos, llevando a un proceso de fatiga de bajos ciclos. La Figura 9 muestra diferentes apariencias de la superficie en función de la carga, aplicada provocadas por un penetrador esférico de diamante de un material dúctil, en las cuales se pasa de microsurcado para microcorte. Estas micrografías fueron obtenidas en microscopio electrónico de barrido. Figura 9. Micrografías en microscopia electrónica de barrido mostrando micro-mecanismos de abrasión controlados por deformación plástica: a1) microsurcado; b1) y c1) formación de proas y d1) microcorte. La proporción de material del volumen del surco desplazado durante el proceso de abrasión de un material dúctil a los lados del surco, es decir la relación entre microsurcado y microcorte depende del ángulo de ataque de la partícula abrasiva. De acuerdo a los investigadores Mulheram, Samuels y Sedriks, el material es

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