El desgaste

Desgaste

El desgaste es el daño superficial debido al desplazamiento de partículas que sufren los materiales, lo cual genera un cambio significativo en sus dimensiones y sus propiedades mecánicas, el 75% de las fallas de equipos mecánicos se deben al deterioro de sus superficies en rozamiento relativo. Se deduce fácilmente que para aumentar la vida útil de un equipo se debe disminuir el desgaste al mínimo posible. Este fenómeno, es una de las causas más importantes de degradación de piezas, elementos mecánicos y equipos industriales.

Desde que el desgaste comenzó a ser un tópico importante que necesitaba ser estudiado y entendido, comenzaron a aparecer en los libros de diseño y en la mente de los diseñadores, ideas sencillas de como prevenir o combatir los diferentes tipos de desgastes, que se diferencian unas de otras por el mecanismo que los origina.

Mecanismos que originan los tipos de desgaste y sus modelos matemáticos

En un buen diseño tribológico, la perdida de material es un proceso muy lento, pero es estable y continuo. Clasificar los tipos de desgaste que se pueden presentar en un material suele ser difícil. La razón de esta dificultad es que el desgaste o resistencia al desgaste no es una propiedad intrínseca del material, como lo es el esfuerzo o la dureza.

La clasificacion del desgaste toma dos aspectos en consideración: el primero es basado en como ocurre el desgaste en las piezas o componentes, como pueden ser picaduras, degradación y estriación. El segundo aspecto, mayormente utilizado, toma en consideración las bases del mecanismo o acción tribologica.

De tal manera, se pueden distinguir los siguientes mecanismos de desgaste:

Adhesión

Abrasión

Erosión

Fatiga

Corrosión

Cavitación

Por fretting

Oxidación

Desgaste Adhesivo

El desgaste adhesivo ocurre entre dos superficies que se encuentran en contacto, las cuales se adhieren fuertemente formando uniones entre ellas. Un deslizamiento producirá un desprendimiento de material de la superficie suave. Si el material es dúctil, la deformación que se produce antes de la separación de la partícula es mucho mayor, la partícula que ha sido separada de la asperaza puede permanecer unida a la otra asperaza como material transferido de una superficie a otra o puede ser liberada como partículas de desgaste. Para un análisis de perdida por adhesión han sido propuestas diferentes formulas del tipo:

Donde Vol es el volumen de desgaste, L es la distancia de deslizamiento, W es la carga, H es la dureza de la superficie mas suave y K es el coeficiente de desgaste, también denominado coeficiente de Archard. El coeficiente K ha sido determinado experimentalmente para un gran numero de pares de materiales bajo diferentes condiciones de prueba y geometría.

Desgaste abrasivo

En el desgaste abrasivo el material es removido o desplazado de una superficie por partículas duras, de una superficie que es deslizada contra otra. Existen dos tipos dos formas básicas de abrasión: abrasión por desgaste de dos cuerpos y abrasión por desgaste de tres cuerpos. El desgaste por abrasión de dos cuerpos ocurre cuando las protuberancias duras de una superficie son deslizadas contra otra. Un ejemplo de esto es el pulido de una muestra mediante el uso de lijas. El desgaste por abrasión de tres cuerpos se presenta en sistemas donde partículas tienen la libertad de deslizarse o girar entre dos superficies en contacto, el caso de aceites lubricantes contaminados en un sistema de deslizamiento puede ser claro ejemplo de este tipo de abrasión. Una expresion común para la tasa de volumen de desgaste abrasivo por unidad de longitud, Vab, es:

Donde Vol es el volumen desplazado por la particula y L es la distancia de deslizamiento, como vol esta en función de la profundidad de indentación de la partícula, entonces:

Donde W es la carga, y H es la dureza de la superficie sometida a abrasión.

Desgaste erosivo

El desgate efectuado por el mecanismo de erosión genera la perdida de material en la superficie, debido a estar expuesta a repetidos impactos de partículas solidas o liquidas. La erosión puede ser definida como la perdida de material que experimenta una superficie debido al flujo de una mezcla de partículas solidas dentro de un liquido a altas velocidades. Existen comúnmente dos diferentes mecanismos del fenómeno de la erosión:

Erosión por impacto normal

Erosión en materiales dúctiles

Erosión por impacto normal

La única fuerza a considerar en la erosión por impacto normal, es la fuerza de contacto ejercida por la superficie, se considera también que la deformación de la superficie es totalmente plástica, con una presión constante de indentacion (duerza) H, un intervalo de tiempo t despues del contacto inicial, la perdida de masa m habrá indentado la superficie hasta una profundidad x; el area transversal de la indentacion de la superficie sera A(x), definida por la formula de la partícula, la ecuación de movimiento de la partícula queda expresado como :

La ecuación tiene una solución sencilla para una partícula de forma simple, pero en este analisis solo consideramos el volumen final de la indentacion cuando la partícula llega al reposo a una profundidad d. El trabajo realizado por la fuerza retardante sera igual a la energía cinética inicial de la partícula, la cual se considera que tiene una velocidad V,

el volumen final de la indentacion será:

y considerando H como constante, el volumen del material desplazado será:

Erosión en materiales dúctiles

La erosión en materiales dúctiles depender fuertemente del angulo de impacto, en la que se aprecia que estos materiales

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