Tipos de desgaste

Desgaste

El desgaste es el daño de la superficie o la remoción de material de una o ambas de dos superficies sólidas en un movimiento de deslizamiento, balanceo o impacto entre sí. En la mayoría de los casos, el desgaste se produce a través de interacciones superficiales en las asperezas. Durante el movimiento relativo, en primer lugar, el material de la superficie de contacto puede desplazarse de modo que se alteren las propiedades del cuerpo sólido, al menos en la superficie o cerca de ella, pero en realidad se pierde poco o nada de material. Más tarde, el material se puede quitar de una superficie y puede resultar en la transferencia a la superficie de contacto o puede desprenderse como una partícula de desgaste. En el caso de transferencia de una superficie a otra, el volumen neto o pérdida de masa de la interfaz es cero, aunque una de las superficies está desgastada (con una pérdida neta de volumen o masa). El daño por desgaste precede a la pérdida real de material y también puede ocurrir de forma independiente. La definición de desgaste generalmente se basa en la pérdida de material, pero debe enfatizarse que el daño debido al desplazamiento del material en un cuerpo dado (observado al microscopio), sin cambio neto de peso o volumen, también constituye desgaste.

El desgaste, como fricción, no es una propiedad del material, es una respuesta del sistema. Las condiciones de funcionamiento afectan el desgaste de la interfaz. A veces se asume erróneamente que las interfaces de alta fricción exhiben altas tasas de desgaste. Esto no necesariamente es cierto. Por ejemplo, las interfaces con lubricantes sólidos y polímeros exhiben una fricción relativamente baja y un desgaste relativamente alto, mientras que las cerámicas exhiben una fricción moderada pero un desgaste extremadamente bajo.

El desgaste puede ser bueno o malo. Ejemplos de desgaste productivo son escribir con lápiz, mecanizar, pulir y afeitar, que requieren un desgaste controlado. El desgaste es indeseable en casi todas las aplicaciones de máquinas, como cojinetes, sellos, engranajes y levas. Es posible que sea necesario reemplazar los componentes después de que se haya eliminado una cantidad relativamente pequeña de material o si la superficie está demasiado rugosa. En sistemas tribológicos bien diseñados, la remoción de material es un proceso muy lento pero muy constante y continuo. La generación y circulación de residuos de desgaste, particularmente en aplicaciones de máquinas donde las holguras son pequeñas en relación con el tamaño de las partículas de desgaste, puede ser un problema mayor que la cantidad real de desgaste.

Tipos de Mecanismos de Desgaste

El desgaste se produce por medios mecánicos y/o químicos y generalmente se acelera mediante calentamiento por fricción (o medios térmicos). El desgaste incluye seis fenómenos principales, bastante distintos, que solo tienen una cosa en común: la eliminación de material sólido de las superficies de fricción. Estos son: (1) adhesivo; (2) abrasivo; (3) fatiga; (4) impacto por erosión y percusión; (5) químico (o corrosivo); y (6) desgaste inducido por arco eléctrico. Otros tipos de desgaste que se encuentran comúnmente son la corrosión por fretting y fritting. Estos no son mecanismos distintos, sino combinaciones de las formas de desgaste adhesivo, corrosivo y abrasivo. Según algunas estimaciones, dos tercios de todo el desgaste que se encuentra en situaciones industriales se produce debido a los mecanismos de desgaste adhesivo y abrasivo. El desgaste por todos los mecanismos, excepto el mecanismo de fatiga se produce por la eliminación gradual del material.

De los mecanismos de desgaste mencionados anteriormente, uno o más pueden estar operando en una pieza particular de maquinaria. En muchos casos, el desgaste es iniciado por un mecanismo y puede proceder de otros mecanismos de desgaste, lo que complica el análisis de fallas. Los componentes defectuosos generalmente se examinan para determinar el tipo de mecanismo (s) de desgaste responsable de una falla eventual. La microscopía y una variedad de técnicas analíticas de superficie se utilizan generalmente en los análisis de fallas.

1) Desgaste Adhesivo

El desgaste adhesivo ocurre cuando dos cuerpos sólidos nominalmente planos están en contacto deslizante, lubricados o no. La adhesión (o unión) ocurre en los contactos de aspereza en la interfaz, y estos contactos se cortan por deslizamiento, lo que puede resultar en el desprendimiento de un fragmento de una superficie y la unión a la otra superficie. A medida que continúa el deslizamiento, los fragmentos transferidos pueden desprenderse de la superficie sobre la que se transfieren y volver a la superficie original, o bien formar partículas de desgaste sueltas. Algunos se fracturan por un proceso de fatiga durante la acción repetida de carga y descarga, lo que resulta en la formación de partículas sueltas.

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Se han propuesto varios mecanismos para el desprendimiento de un fragmento de un material. En una teoría temprana del desgaste por deslizamiento (aún bien reconocida), se sugirió que el cizallamiento puede ocurrir en la interfaz original o en la región más débil en uno de los dos cuerpos (Archard, 1953), Figura 8.2.1. En la mayoría de los casos, se espera que la fuerza de adhesión interfacial sea pequeña en comparación con la resistencia a la rotura de las regiones locales circundantes, por lo tanto, la ruptura durante el cizallamiento ocurre en la interfaz (ruta 1) en la mayoría de los contactos y no ocurre desgaste en ese ciclo de deslizamiento. En una pequeña fracción de contactos, puede ocurrir una rotura en uno de los dos cuerpos (trayectoria 2) y un pequeño fragmento (la región sombreada en la Figura 8.2.1) puede adherirse a la otra superficie. Estos fragmentos de transferencia son irregulares y tienen forma de bloque. En otro mecanismo, el cizallamiento de plástico de capas sucesivas de un contacto de aspereza da como resultado el desprendimiento de un fragmento de desgaste. De acuerdo con esta teoría, el cizallamiento plástico de capas sucesivas basado en un campo de línea de deslizamiento como se discutió en el Capítulo 6 (a lo largo de los planos AC, etc.) ocurre junto con la propagación de una grieta cortante (AD, etc.), a lo largo de que el fragmento desprende, Figura 8.2.2 (Kayaba y Kato, 1981). Este proceso da como resultado fragmentos de transferencia delgados en forma de cuña. El fragmento se desprende de una superficie y se transfiere a la superficie de acoplamiento debido a la adhesión. Un mayor deslizamiento hace que se formen más fragmentos mediante cualquiera de los dos mecanismos. Estos permanecen adheridos a una superficie, se transfieren a la superficie de apareamiento a otro fragmento previamente adherido; en el último caso, un aglomerado más grande se desprende en forma de grandes partículas sueltas de desgaste. Estas partículas pueden tener aproximadamente el mismo tamaño en cada dimensión.[pic 2]

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