Tipos de desgaste: clasificación y características del desgaste

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Última modificación: 2023-12-17 10:24

Se entiende por desgaste la destrucción gradual de las superficies de fricción de varios pares. Hay muchos tipos de desgaste. Se deben a varias razones. Pero todos tienen una cosa en común: las partículas se separan del material base. Esto conduce a una interrupción en el funcionamiento de los mecanismos y, en otros casos, puede provocar su avería. Los espacios en las articulaciones aumentan, los aterrizajes comienzan a latir como resultado de la formación de una reacción significativa. Este artículo analiza los principales tipos de desgaste, da sus características y clasificación general.

Características del desgaste abrasivo

Un abrasivo es un material finamente disperso de origen natural o artificial, con una dureza significativa suficiente para rayar otros materiales menos duros.

Tipo de desgaste superficial, en el que se produce una destrucción de la estructura e integridad de la capa superficial cuandola interacción con micropartículas sólidas se denomina abrasivo. Debe cancelarse que para este tipo de destrucción, la velocidad de fricción debe ser muy significativa (varios metros por segundo). Aunque con un funcionamiento prolongado, la destrucción se produce incluso a velocidades y fuerzas de sujeción más bajas.

El papel de las sustancias abrasivas puede ser tanto objetos fijos (fases sólidas de aceros y aleaciones) como partículas extrañas en movimiento que han caído en la zona de contacto de las superficies de fricción (arena, polvo y otros).

Los siguientes factores influyen en la cantidad de desgaste abrasivo y su intensidad:

• naturaleza de origen de las partículas abrasivas;
• entorno operativo del mecanismo (grado de agresividad);
• propiedades materiales de los pares de fricción;
• cargas de impacto;
• indicadores de temperatura y muchos otros.

Abrasión con partículas duras (granos)

Este tipo de desgaste mecánico ocurre cuando los granos abrasivos entran en contacto con metal u otro material. El índice de dureza de dichas partículas excede significativamente el índice de dureza del propio metal. Esto conduce a la deformación de los materiales de los pares de fricción, la aparición de tensiones de fatiga y la abrasión de la superficie.

Si el mecanismo funciona en condiciones de cargas alternas frecuentes, se potencia el efecto nocivo del abrasivo. En este caso, la partícula abrasiva no solo deja marcas, sino también abolladuras en la superficie del metal.

Con un aumento en la fracción de la sustancia abrasiva, eldesgaste abrasivo. Las partículas abrasivas son muy duras, pero al mismo tiempo quebradizas. Por lo tanto, los cuerpos grandes se pueden triturar en otros más pequeños.

Características del desgaste oxidativo

Este tipo de desgaste se produce cuando aparece una película de óxido suelta en la superficie de las piezas que se frotan, que se elimina rápidamente de la superficie como resultado de la fricción. La mayoría de los materiales de ingeniería tienden a oxidarse en el aire a temperaturas elevadas. Por lo tanto, los mecanismos que funcionan sin lubricación y sin sistema de refrigeración están sujetos a este tipo de desgaste de las piezas.

Cuanto mayor sea la velocidad de destrucción de la película de óxido y mayor sea la velocidad de su formación, más intenso será el desgaste de las superficies.

Este tipo de desgaste es típico de las juntas articuladas y atornilladas, varios mecanismos de suspensión y, de hecho, de todas las unidades que funcionan sin lubricación.

Con el aumento de la velocidad de fricción, aumenta la temperatura de las superficies de fricción. Esto conduce a la intensificación de los procesos destructivos. Un aumento en las cargas de choque tiene un efecto similar.

Desgaste por deformación plástica

Este tipo de desgaste de las piezas de la máquina es típico de las unidades con mucha carga. Su esencia radica en cambiar las formas geométricas del producto bajo la influencia de cargas significativas.

Es más típico para conexiones enchavetadas y estriadas, así como roscas, pasadores, etc.

Similareslas deformaciones también pueden ocurrir en las juntas de engranajes. Y no tienen que ser rápidos. La carga es el factor clave aquí.

A menudo, estas deformaciones aparecen en los rieles y las ruedas del material rodante. Para prevenir, es necesario organizar la prevención y el examen oportunos de los elementos estructurales.

Desgaste por astillado

La clasificación presentada de los tipos de desgaste no estará completa si perdemos de vista el llamado desgaste por astillado. Su esencia es la siguiente. En condiciones de funcionamiento severas (quizás incluso extremas), las capas superficiales de las piezas en fricción sufren transformaciones estructurales y de fase. Las razones en diferentes casos son temperaturas elevadas, condiciones de calefacción y refrigeración, alta presión y otras. Las propiedades de las capas resultantes difieren significativamente de las del material original. Por regla general, estas fases son quebradizas y se rompen bajo carga.

Por lo tanto, se forman rayas blancas características en el acero y el hierro fundido durante la fricción sin lubricación. Estas áreas no se pueden grabar incluso con una solución de ácido nítrico o fluorhídrico en alcohol. Los especialistas en el campo de la ciencia de los metales llaman a esta formación una capa blanca. Tiene una dureza Rockwell bastante alta y es muy frágil. Un laboratorio realizó análisis de fase y estructural de la capa blanca. Resultó que es una mezcla mecánica de martensita y cementita. También contiene una pequeña cantidad de ferrita. Lo último en todopequeño y no puede reducir la dureza.

La formación (síntesis) de esta sustancia va acompañada de la aparición de fuerzas internas de tracción y compresión nocivas. Cuando los vectores de tensiones internas coinciden con las cargas externas sobre la pieza, se forman pequeñas fisuras en su superficie en la zona de la capa blanca. Estas microfisuras son concentradores y acumuladores de tensión, lo que conduce a la fractura frágil del producto en su conjunto.

Desgaste por corrosión del tejido

Este proceso ocurre en superficies que están en estrecho contacto entre sí. La razón son las fluctuaciones. Cabe señalar que los materiales de los cuerpos del par de fricción pueden ser muy diferentes (metal-metal o no metal-metal).

Este fenómeno ya ocurre con desplazamientos mínimos de los cuerpos (alrededor de 0,025 micrómetros).

Como resultado de las fluctuaciones, aparecen centros de corrosión en las superficies, que crecen y conducen a la destrucción de la capa superficial.

Desgaste por cavitación vibratoria

Este tipo de desgaste ocurre cuando los productos operan en un medio líquido. Aunque también puede ocurrir cuando un chorro de líquido choca contra una parte de una máquina o mecanismo. La física del proceso es la siguiente. La presión del líquido en el límite de fase (entre líquido y sólido) cae, lo que conduce a la aparición de las llamadas burbujas de cavitación. La intensidad de este desgaste depende del contenido de aire en el fluido y de la presión externa.

Una vibración sonora puede servir como catalizador. Especialmente dañinas en este caso son las vibraciones del espectro ultrasónico. Muy a menudo, un fenómeno tan dañino ocurre en las partes en fricción de los motores de combustión interna. Las investigaciones muestran que la cavitación sónica se desgasta de tres a cuatro veces más rápido que la fricción.

Desgaste por fisuración térmica

Este problema es típico de las ruedas de vagones y locomotoras. Durante el movimiento del tren, el conductor a menudo tiene que reducir la velocidad. Esto hace que las ruedas patinen y se calienten. Al aumentar la velocidad, la superficie de fricción se enfría con bastante rapidez. Dicho ciclo térmico conduce a la formación de muchas grietas en la superficie de la rueda. Esto acelera significativamente el desgaste del producto. Actualmente, se utilizan aceros de aleación especiales para la producción de ruedas de ferrocarril. Pero antes se utilizó acero de calidad ordinaria. Hoy en día todavía se utilizan ruedas viejas en muchos trenes, por lo que este problema sigue siendo relevante.

Maneras de lidiar con las grietas térmicas

La medida más efectiva para combatir las grietas térmicas será proporcionar un enfriamiento intensivo. Para ello se pueden utilizar aceites y grasas especiales. En el caso de ruedas de tren, esta medida, por razones obvias, no es adecuada. En este caso, puede jugar con la composición química del material y elegir un grado de acero más favorable desde este punto de vista. Ciertos grados de aceros aleados tienen un bajo coeficiente de expansión. Y esta propiedad se puede utilizar con ventaja.

Algunoscaracterísticas de desgaste por erosión

Teniendo en cuenta los tipos de fricción y desgaste, no podemos perder de vista el llamado desgaste por erosión. En términos simples, se trata de la destrucción de superficies bajo la influencia del medio ambiente.

En ingeniería, este concepto se refiere a la destrucción de las superficies de piezas de máquinas y conjuntos de mecanismos bajo la influencia de factores ambientales. Dichos factores de influencia incluyen flujos de aire y líquido, vapor o varios gases. La causa del desgaste es, como antes, la fricción. Solo que en este caso, no actúan partículas abrasivas, sino moléculas de gas o líquido sobre la superficie.

Microfisuras aparecen durante este proceso. Las moléculas de líquido y vapor a alta presión penetran en ellos y contribuyen a la destrucción de todas las capas superficiales de los productos.

El líquido o el vapor también pueden contener partículas abrasivas en suspensión. En este caso, tal mezcla causará destrucción y desgaste abrasivo-erosivo.

Desgaste por fatiga y sus características

Los tipos de desgaste y las violaciones de la geometría son muy diversos. Muchos problemas para los ingenieros de diseño y los ingenieros mecánicos son causados por el desconchado por fatiga de las superficies de las piezas. Esta "dolencia" es muy insidiosa. El fenómeno del desconchado por fatiga se produce en piezas que funcionan durante mucho tiempo en condiciones de cargas alternas. Esta es una "enfermedad" característica de las articulaciones de los engranajes.

Este tipo de desgaste va acompañado de la iniciación de grietas en la superficie y su penetraciónprofundamente en el producto. Toda una red de tales microfisuras aparece en un área de superficie insignificante. Bajo la influencia de presiones y temperaturas, pequeñas piezas dispares de metal se desprenden del cuerpo principal y se caen. Un papel importante en este proceso lo desempeña el lubricante (aceite), que penetra en las microfisuras y promueve la destrucción.