Mecanismos de Daño-1era Parte

Mecanismos de daño asistidos por

esfuerzos mecánicos - 1era Parte

Mecanismo de creep o fluencia lenta

2

Creep (fluencia lenta)

¿Que es el creep?

• Mecanismo de

deterioro en el tiempo

que provoca la

deformación continua

de un material bajo

carga (esfuerzos) y

expuesto a una

temperatura elevada. Distorsión por creep en un álabe de aleación de Co

3


¿Cómo se manifiesta?

• Deformación asistida

térmicamente y

dependiente del

tiempo.

• Variaciones

dimensionales,

distorsiones, lo que

ocasiona, finalmente,

la ruptura del mismo. Distorsión por creep en un álabe de aleación de Co

4


¿Dónde se puede presentar el creep?

• Calderos

• Turbinas a gas y de vapor

• Hornos industriales

• Equipos para refinación del petróleo

– Craqueo catalítico

– Hidrocracking

– Reforma catalítica

– Tratamiento de hidrogenación

5

¿Donde se puede presentar el creep?


htt

p:/

/ww

w.m

sm

.ca

m.a

c.u

k

• Turbinas a gas y de vapor

http://www.msm.cam.ac.uk/

6



• Plantas petroquímicas

7



• Hornos industriales

htt

p:/

/ww

w.icm

ifo

rniin

du

str

iali.

co

m

http://www.icmiforniindustriali.com/

8



htt

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w.a

loh

aco

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uctio

n.c

om

/

htt

p:/

/ww

w.n

et4

tru

thu

sa

.co

m • Incendios

http://www.alohaconstruction.com/

http://www.net4truthusa.com/

9



911

res

earc

h.w

tc7.n

et/

.../fi

re/S

Lam

on

t.h

tm

• Incendios

http://911research.wtc7.net/mirrors/guardian2/fire/SLamont.htm

10

Un material sometido a un mecanismo de creep experimenta tres etapas:

x rotura Deformación debida a creep

Tiempo de servicio

3ª Etapa 2ª Etapa

1ª Etapa

¿Cómo se comporta un material expuesto a creep?

Comportamiento debido a creep

11

Creep primario: la resistencia al creep se incrementa con el grado de deformación.

x rotura

Defo

rmació

n

deb

ida a

cre

ep

Tiempo de servicio

3ª Etapa 2ª Etapa

1ª Etapa

Curva creep

Creep secundario: balance entre el endurecimiento por deformación y proceso de recuperación.

Creep terciario: la velocidad de creep se incrementa por el daño acumulado hasta provocar la rotura.

12

s = 203 MPa

s = 158 MPa

s = 126 MPa

s = 77 MPa

Acero de baja

aleación al Mo-V

Tiempo en horas

Deformación por creep

Curva creep

La curva creep dependerá del nivel de esfuerzo aplicado y

de la temperatura al cual está expuesto el material.

13

Curva creep

La forma de la curva creep está determinada por una serie de factores que actúan de manera conjunta:

1. Endurecimiento por deformación.

2. Procesos de ablandamiento:

3. Mecanismos de daño: formación de

microcavidades, fisuración.

Restauración y recristalización,

sobre-envejecimiento por

precipitación.

14

293 MPa

201 MPa

108 MPa

77 MPa

e (%)

tiempo

Curvas creep

Curva típica de creep.

Resultado de los

ensayos experimentales

de creep.

Se fija una temperatura

de ensayo y se varían los

esfuerzos.

15

700°C

750°C

800°C 850°C

900°C

s(MPa)

tiempo

Curvas creep

Curvas construidas a partir

de las curvas

experimentales.

Las curvas se elaboran para

un criterio común de falla

porcentaje de deformación

máxima

rotura

16

Curvas esfuerzo-temperatura para una deformación total de 3% en 10 minutos de exposición

Curvas creep

200°C 760°C 430°C

17

Ensayos creep

18

Fuente: http://www.swan.ac.uk/mateng/gifs/irccreep.gif

Ensayos creep

http://www.swan.ac.uk/mateng/gifs/irccreep.gif

19

A B C

Modos de fractura a elevadas

temperaturas

A. Ruptura

B. Fractura por creep transgranular

C. Fractura por creep intergranular

20


temperaturas

– Reducción en área de hasta un 100%. Se produce a altos niveles de esfuerzos y de temperaturas. Los altos esfuerzos están asociados a elevadas velocidades de deformación, típicas de trabajo en caliente.

– Hay fenómenos de recuperación y recristalización dinámica que inhiben la nucleación de microcavidades.

A. Ruptura

21


temperaturas

– Es el modo de fractura análogo a la fractura

dúctil a bajas temperaturas. Se produce

nucleación de microcavidades (alrededor de

inclusiones o hetereogeneidades

microestructurales), que luego crecen y

coalescen en forma de agujeros.

– Está asociada con altos esfuerzos en creep.

B. Fractura por creep transgranular

22

ww

w.t

wi.co

.uk

/pro

fess

ion

al/g

etF

ile

/jk

81.h

tml


temperaturas

– Se produce a niveles

de esfuerzo menores.

Tiene una apariencia

microscópica de

fractura frágil.

– Formación de

microcavidades en los

límites de grano.


http://www.twi.co.uk/professional/getFile/jk81.html

23

ww

w.t

wi.co

.uk

/pro

fess

ion

al/g

etF

ile

/jk

81.h

tml


temperaturas

– Se observa una

mínima deformación a

nivel microscópico.


http://www.twi.co.uk/professional/getFile/jk81.html

24

Fractura de iridio puro después de

un ensayo creep a 1800°C; 8,3 MPa,

385,9 h.

ww

w.p

lati

nu

mm

eta

lsre

vie

w.c

om

/.../F

14


temperaturas


http://www.platinummetalsreview.com/.../F14

25

Mecanismos de rotura por creep

1. Creep por dislocaciones

2. Creep por

difusión

A través de los granos.

A través de los límites

de granos.

26

Fuente: http://www.earth.man.ac.uk/research/2/index.php?p=2


– Se observa a esfuerzos medios y altos; y a temperaturas por encima de 0,4 Tfusión.

– Es el mecanismo más significativo de creep en la mayoría de los materiales de ingeniería.

– El mecanismo es controlado por movimiento de dislocaciones y difusión de vacancias.


http://www.earth.man.ac.uk/research/2/index.php?p=2


27

Fuente: http://www.earth.man.ac.uk/research/2/index.php?p=2


– Involucra el movimiento

de dislocaciones además

del de vacancias. Se

requieren altas tensiones

pero el proceso puede

desarrollarse a

temperaturas

intermedias, en las que el

flujo difusional es escaso.




28


– Se observa a bajos esfuerzos

y muy altas temperaturas de

servicio (cercanas a la

temperatura de fusión).

– Implica el movimiento de

vacancias.

– Formación espontánea de

vacancias en las regiones de

los bordes de grano.

2. Creep difusional

Movimiento

de

vacancias

F

F

29

Cambio microestructural acompañando al creep difusional

www.nims.go.jp/kouyuuten/summary_e.html


2. Creep difusional

F F

http://www.nims.go.jp/kouyuuten/summary_e.html

30


2. Creep difusional

2.1. Intergranular (creep Coble)

• Los átomos se difunden a través de los límites de grano.

• Deforman los granos en la dirección de los esfuerzos.

• Es más dependiente al tamaño de los granos que el creep

transgranular.

• Ocurre a más bajas temperaturas que el creep

transgranular.

• Depende de la temperatura pero en menor grado que el

creep transgranular.

31


2. Creep difusional

2.2. Transgranular (creep Nabarro-Herring)

• Los átomos se difunden a través de la red cristalina lo que

causa que los granos se elonguen en la dirección de los

máximos esfuerzos.

• Es un modo de creep fuertemente dependiente de la T.

• Requiere de espacios libres en la red cristalina o en los

agujeros intersticiales.

• Es el mecanismo dominante a muy elevadas

temperaturas (en relación a la temperatura de fusión del

material).

• Bajos esfuerzos y elevadas temperaturas

32

La microestructura y la resistencia al

creep

htt

p://w

ww

.do

itp

om

s.a

c.u

k/tlp

lib/c

reep

/im

age

s/im

g01

4.jpg

Estructura

cristalina equiaxial Estructura solidifica

direccionalmente monocristal

Aumento de resistencia a la deformación por creep

http://www.doitpoms.ac.uk/tlplib/creep/images/img014.jpg

33

Aleaciones resistentes al creep

• Materiales con alto punto de fusión. Sin embargo, metales refractarios como el Nb, Mo, Ta, W (Tf > 2000°C) son muy reactivos (se oxidan con facilidad), por lo que su uso es limitado a ambientes con atmósferas protectoras.

• Metales con estructura CCCa (FCC) son los más adecuados para resistir el creep.

34


• El trabajo en frío incrementa también la resistencia al

creep, pero su efecto es temporal especialmente a

temperaturas T > 0,5 Tf.

• Elementos en solución sólida y elementos

intersticiales aumentan la resistencia al creep de las

aleaciones.

El método más importante para mejorar la resistencia

al creep de las aleaciones es incorporar en el interior

de los granos una fina dispersión de partículas de

fases secundarias.

35


htt

p://w

ww

.scie

lo.b

r/im

g/r

evis

tas/m

r/v1

0n

4/a

21

fig

08

.gif

A = Aleac. austeníticas

M = Aleac. martensíticos

F = Aleac. ferríticos

http://www.scielo.br/img/revistas/mr/v10n4/a21fig08.gif

36

Fallas debidas a creep en tubos de

calderos

37


calderos

Falla por

sobrecalentamiento (ruptura

de labios delgados)

• Fractura transgranular.

• Ocurre a temperaturas entre 650 y 870ºC.

• Rápido sobrecalentamiento (corto periodo).

• Considerable adelgazamiento del tubo.

38


calderos

Falla por sobrecalentamiento (ruptura de labios

delgados)

39


calderos

Falla por creep: rotura de labios gruesos

• Prolongada exposición a

T ligeramente mayor a los

valores máximos.

• Poco adelgazamiento de

la tubería.

• Microestructura exhibe

microcavidades,

decohesión de granos,

fisuración intergranular.

• Esferoidización de la

cementita.

40


calderos

Falla por creep: esferoidización de la perlita

• Microestructura exhibe

globulización de la

cementita (perlita),

fisuración intergranular.

• Calentamientos

prolongados a

650ºC <T< Ac1 (723ºC).

41


calderos

Falla por creep: grafitización

• Ocurre en aceros al C y

de baja aleación.

• Sujetos a temperatura

moderada por largos

periodos de tiempo.

• Descomposición de la

perlita en ferrita y carbono

(grafito).

42


calderos

Falla por creep: esferoidización de la perlita-

grafitización • La globulización de la

cementita y la grafitización

son mecanismos

competitivos.

• A T < 550ºC (1000°F)

mayor posibilidad de

grafitización.

550°C

43

Predicción de vida bajo creep

• Debido a que la mayoría de los ensayos de creep son

realizados para tiempos de hasta 1000 horas (6

semanas).

• Resulta necesario poder predecir, a partir de estos

resultados, el comportamiento de los materiales para

tiempos más prolongados.

• Para condiciones de diseño se hace necesario

establecer esfuerzos admisibles en términos de

resistencia al creep para tiempos cercanos a las

100000 horas (11,4 años).

44

Predicción de comportamiento bajo

creep

• Existe una relación entre la temperatura, el esfuerzo y

el tiempo de rotura de materiales expuestos a creep.

• Esta relación ha sido muy estudiada y hay muchas

correlaciones.

Parámetros de correlación

1. Parámetro de Manson-Haferd

2. Parámetro de Larson y Miller

3. Parámetro de Dorn

45

Parámetro de Manson-Haferd (PMH)

T (°C)

Log (tr)

tc

Tc

tr= tiempo de ruptura

Tc, tc = temperatura y tiempo de convergencia para todas las curvas creep de

rotura elaboradas a diferentes esfuerzos

s (MPa)

PMH

cr

c

tt

TT

loglogPMH

46

Parámetro de Dorn

T (°C)

Log (tr)

tr= tiempo de ruptura

s (MPa)

PD

)(

.P RT

Q

r et

47

T(°C)

Log (tr)

tr= tiempo de ruptura Originalmente, Larson y Miller propusieron que C = 20, aunque luego se ha comprobado que este puede variar entre 17 y 23.

s (MPa)

P

)log(P rtCT

Parámetro de Larson y Miller

48

Parámetro de Larson y Miller (P)

100,000 h a °F Esfuerzos (Ksi)

P = T ( 20 + log t) x10-3 , T(°R)

Variación del parámetro de ruptura de Larson y Miller con los esfuerzos para el acero 2 ¼ Cr-1Mo en condición de recocido

49


PROBLEMA

Bajo condiciones de diseño, un componente sometido a un esfuerzo de 50 MPa a una temperatura de 500°C podrá operar seguramente durante 40 años. Teniendo en cuenta que el Parámetro de Larson y Miller para este acero es:

¿Cuál será la reducción de vida en el componente, si este operase a 530°C?

P = T(20 + logt)

t : horas, T : °R, °R = °F + 460, °F = 9/5(°C)+32

50


• Teniendo en cuenta que 500°C = 932°F = 1392°R,

reemplazamos los valores en la ecuación:

• Empleando ahora las nuevas condiciones (T = 530°C),

despejamos el nuevo valor de “t”:

P = T(20 + logt) P = 1392(20 + log347520)

P = 35553

P = 1446 (20 + logt) = 35553

Logt = 35553/1446 -20 =4,5871

t = 38649 horas = 4,4 años

Solución

51

1t

t

ri

i

ti = tiempo de operación en la condición “i”.

tri= tiempo de vida hasta ruptura en la condición “i”.

Daño acumulado en creep

Ensayos de laboratorio a T cte y s cte.

En servicio: T variable y s variable.

Reglas del daño

1. Regla de la fracción de vida:

52

1t

t

ri

i 62.080000

40000

350000

42500

• Un tubo de caldero fue operado bajo 40 MPa a una

temperatura de 500°C, durante 42500 h y a 530°C

durante las siguientes 40000 h.

• Se sabe que el tiempo de vida a 500°C es de 350000

horas, y a 530°C es de 80000 h.

• Calcular la fracción de vida consumida usando la regla de

la fracción de vida.

Solución:

La fracción residual de vida será 1-0,62 = 0,38.

Daño acumulado en creep

Problema

53

Predicción de vida a través de técnicas basadas en la medición de dureza

La resistencia de un acero de baja aleación cambia con el tiempo y la temperatura de servicio, como consecuencia de la esferoidización de los carburos.

Po, Ho

P1, H1

P2, H2

dureza

Parámetro de Larson y Miller

54


Correlación entre la dureza Vickers y el parámetro de Larson - Miller para diferentes aceros resistentes al creep

55

Problema:

Un tubo de caldero tenía una dureza inicial de 330 HV y una curva característica de ablandamiento :

H = 960 - 0,02P

donde H: dureza HV, P: parámetro de Larson y Miller

P = T(20+logt) T: R, t: h

El mismo tubo al cabo de un tiempo en servicio de 80000 horas redujo su dureza a 165 HV.

Determine la temperatura de servicio.


56


Solución:

Tomando la dureza inicial se despeja el valor de P :

165 = 960 - 0,02P P = 39750

Con el valor de P y el tiempo se servicio se despeja finalmente la temperatura de operación:

39750 = T(20+log80000)

T = 1590°R = 1130 °F = 610°C

57

Estimación de vida residual basado en

técnicas metalográficas

1. Evolución de microcavidades

2. Esferoidización de carburos

3. Variación del espaciamiento de carburos

4. Análisis de carburos

58

II

III

I

tiempo de exposición

A

B

C

D

fractura

Estimación de vida residual basado en técnicas metalográficas

Evolución de microcavidades

A - Observación B - Observación y fijar intervalos de inspección C - Servicio limitado hasta reparación D - Reparación inmediata

deformación por creep

59

Cavidades aisladas Cavidades orientadas

Microgrietas Macrogrietas

A B

C D

Estimación de vida residual basada en


60

Creep I: comienzo de la formación de microcavidades.


61

Creep II: la densidad de microcavidades es abundante,

sin observarse fisuras.


62

Crecimiento de microfisuras

Comienzo del Creep III: se indica el inicio de microfisuras.

En esta etapa el mecanismo

de degradación debido a las

tensiones actuantes favorece

el crecimiento de las

microfisuras, las cuales al

propagase generan la rotura

del componente. No es

conveniente llegar a este

estado de degradación ya que

el peligro de falla de tipo

catastrófica es latente,

corriéndose riesgos

innecesarios sobre vidas

humanas y en equipos

costosos.

http://www.mailxmail.com/curso-replicas-metalograficas-2/replicas-microestructurales-3












63

Microestructura de tubo de

acero expuesto a 500ºC

durante 28 años. Se muestra

diversos poros (zona oscura)

y carburos (zona blanca)

debidos a daño por creep.

Fisuras por creep en tubo de

acero inoxidable después de

haber sido sobrecalentado a

T > 700ºC por largo tiempo.

Estimación de vida residual basada en


64

Estimación de vida residual basado en técnicas metalográficas

700

600

500

400

102 104 106

A B

C D

E F

Tiempo (horas)

T (ºC)

A B C

D E F

Conociendo t y la microestructura se puede estimar la temperatura de servicio T

Estados de esferoidización de carburos en aceros ferríticos.

A cada microestructura le corresponde un estado “P” definido por:

P = logt - 12370/T

T: K, t: horas

65

Estimación de vida residual basado en la medición de la capa de óxido

T en ºR t en horas

(mils)

log ( espesor de óxido)

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

1.6

24 25 26 27 28 29 30 31

P = T x [ 13,62 + log (t) ] / 1000

66

Correlación entre el espesor de capa de óxido y el tiempo de exposición en vapor para el acero 2 ¼ Cr- 1 Mo para diferentes temperaturas

Mecanismos de daño asistidos por

esfuerzos mecánicos

Mecanismos de desgaste

68

DESGASTE

El DESGASTE es inevitable dondequiera que

hayan cuerpos en contacto, bajo carga y con

movimiento relativo.

DESGASTE (según DIN 50320): pérdida

progresiva de material procedente de la

superficie de un cuerpo sólido, causada por

razones mecánicas, por el contacto y movimiento

relativo de un sólido, fluido o sustancia gaseosa

sobre dicha superficie.

69

DESGASTE

Normalmente, el desgaste no ocasiona fallas violentas,

pero:

Ocasiona reducción de la eficiencia de operación.

Produce pérdidas de potencia por fricción.

Incrementa el consumo de lubricantes

Es una de las causas más importantes en las

pérdidas de materiales.

Eventualmente conduce al reemplazo de

componentes desgastados y a la obsolescencia

de las máquinas en su conjunto.

70

Una discriminación de la importancia relativa de distintos

tipos de desgaste en la industria, ha sido estimada en los

siguientes términos:

Abrasión 50 %

Adhesión 15 %

Erosión 8 %

Desgaste micro-oscilatorio

("Fretting”) 8 %

Desgaste químico 5 %

DESGASTE

71

DESGASTE ABRASIVO

Se llama abrasión al desgaste producido por

partículas duras que penetran en una superficie;

ocasionando deformación plástica y/o arrancando

virutas.

72

DESGASTE ABRASIVO

Figura 1 Figura 2

Se considera que este tipo de desgaste puede tomar

dos formas extremas:

1. La deformación plástica es lo mas importante (Fig. 1)

2. La fractura con deformaciones plásticas limitadas es lo

que predomina (Fig. 2).

73

DESGASTE ABRASIVO

Tipos de desgaste abrasivo

1. Rayado por abrasión de bajo esfuerzo

Es el tipo de abrasión menos severa.

Se produce por contacto repetido de partículas

duras y agudas que se mueven a través de la

superficie del metal a diferentes velocidades.

La velocidad, dureza, ángulo de ingreso y tamaño

de las partículas son variables que afectan el

grado de abrasión.

74

DESGASTE ABRASIVO



75

DESGASTE ABRASIVO



Aleaciones conteniendo carburos (especialmente

carburos de cromo) son empleados exitosamente

para resistir este tipo de desgaste.

Debido a que no hay impacto los aceros de alto

carbono y aleados al Cr, que son relativamente

frágiles, se emplean con buenos resultados.

76

DESGASTE ABRASIVO


2. Abrasión de altos esfuerzos

Cuando dos superficies se frotan entre sí, con la

fuerza suficiente para triturar y pulverizar las

partículas abrasivas atrapadas entre las dos

superficies. Se conoce también como abrasión de

tres cuerpos.

El deterioro se produce por una acción conjunta de

rayado, flujo plástico local y por agrietamiento

microscópico.

77

DESGASTE ABRASIVO



78

DESGASTE ABRASIVO


2. Abrasión de altos

esfuerzos

Típico desgaste

producido en molinos de

bolas, molinos de

cilindros, trituradoras de

rodillo, tambores de

freno, etc. Abrasión entre tres cuerpos

79

DESGASTE ABRASIVO



Las aleaciones más apropiadas para este tipo de

desgaste son:

aceros austeníticos al manganeso

fundiciones martensíticas

algunas aleaciones conteniendo carburos (usualmente

carburos de titanio) en una matriz tenaz.

80

En los metales la resistencia a la abrasión aumenta con

la dureza.

DESGASTE ABRASIVO

81

En los aceros, a >%C hay una > resistencia a la

abrasión.

Distintas microestructuras presentan diferentes

resistencias al desgaste.

DESGASTE ABRASIVO

82

En los aceros el contenido de carburos es un factor

importante en la reducción de la abrasión; siendo los

carburos de vanadio y niobio más efectivos que los de

cromo y tungsteno.

DESGASTE ABRASIVO

83

• La martensita tiene

mejor resistencia a

la abrasión que la

perlita y la ferrita.

• La austenita y

bainita de igual

dureza son mas

resistentes a la

abrasión que la

ferrita, perlita o

martensita.

DESGASTE ABRASIVO

84

Se ha encontrado que el desgaste abrasivo depende de la correlación

entre la dureza del abrasivo y la dureza del metal.

DESGASTE ABRASIVO

85

Para reducir la componente abrasiva del desgaste, la dureza del

material (Hm) debe ser mayor que la dureza de las partículas

abrasivas (Ha): Hm > 1,5 Ha.

DESGASTE ABRASIVO

86

DIENTE DE UNA PALA MECÁNICA

Los recubrimientos a parte de tener gran dureza, deben ser lo

suficientemente tenaces para aumentar su resistencia al

choque o impactos.

DESGASTE ABRASIVO

87

Los factores mas importantes que hacen disminuir la abrasión son

los siguientes:

Aumentos de dureza en el material.

Control de la relación dureza de la superficie y del abrasivo

Disminución del tamaño de las partículas abrasivas.

Formas de partículas redondeadas.

Disminución de velocidades.

Mayor % carbono y de carburos duros (aceros).

Disminución de cargas.

DESGASTE ABRASIVO

88

DESGASTE ABRASIVO

Estudios de resistencia a la abrasión de

recubrimientos duros

Máquina de ensayos de desgaste

abrasivo de bajo esfuerzo, según

norma ASTM G-65

89

DESGASTE ABRASIVO

Recubrimientos duros resistentes al desgaste con elementos

aleantes como C, Cr, Mo, W, V

Dureza aproximada:

64HRC

Estudios de resistencia a la abrasión de

recubrimientos duros

90

DESGASTE ADHESIVO

El desgaste adhesivo, también llamado desgaste por fricción, se

presenta entre dos superficies en contacto deslizante bajo la acción

de las cargas normales.

91

Las puntas de las asperezas de las dos superficies sufren fluencia

plástica y soldadura en frío.

MOVIMIENTO

ADHESIÓN FRACTURA

FN

DESGASTE ADHESIVO

92

Al producirse el movimiento, las uniones soldadas se rompen

por cizalladura, tomando lugar la separación en el interior del

cuerpo de menor dureza.

La fractura se produce en zonas subsuperficiales de uno o

ambos materiales, como se indica esquemáticamente en la

figura.

La superficie mas dura se cubre de una película transferida del

material de la contracara, a la vez que se desprenden partículas

en el proceso.

DESGASTE ADHESIVO

93

Desgaste Suave: caracterizado por velocidades de

desgaste moderadas y producción de partículas de

desgaste de tamaño reducido con la apariencia de

óxidos oscuros.

Desgaste Severo

Desgaste Suave

Desgaste Severo

Desgaste Suave

DESGASTE ADHESIVO

94

Desgaste Severo: se presentan velocidades de

desgaste de 4 a 100 veces mayores y los desechos

incluyen partículas sensiblemente mas grandes,

algunas de ellas con brillo metálico.

DESGASTE ADHESIVO

Desgaste Severo

Desgaste Suave

Desgaste Severo

Desgaste Suave

95

Acero AISI 1050

GENERALMENTE

A mayor dureza de material

menor velocidad de desgaste

(siempre que otros factores

permanezcan constantes).

Una variación importante de la

dureza del material puede

provocar transición de

desgaste suave a severo.

DESGASTE ADHESIVO

96

GENERALMENTE

Aumentos excesivos de dureza

eventualmente puede conducir a

una tenacidad insuficiente y a

fallas por fragilidad.

DESGASTE ADHESIVO

Acero AISI 1050

97

EFECTO DE LA DUREZA

A mayor dureza de material menor velocidad de

desgaste.

Una variación importante de la dureza del material

puede provocar transición de desgaste suave a

severo.

Aumentos excesivos de dureza eventualmente

puede conducir a una tenacidad insuficiente y a

fallas por fragilidad.

DESGASTE ADHESIVO

98

EFECTO DE LA RUGOSIDAD

• La rugosidad también puede tener efectos

contrapuestos.

• Una rugosidad alta generalmente produce mucho

desgaste; mientras que una rugosidad moderada

le confiere a la superficie capacidad de retener

lubricantes.

• Por otra parte, una rugosidad excesivamente baja

puede favorecer los fenómenos adhesivos y

conducir a un desgaste acelerado.

DESGASTE ADHESIVO

99

EROSIÓN

Se considera a la erosión como una forma de abrasión producida

por esfuerzos de contacto relativamente bajos, debidos al impacto

de partículas sobre una superficie.

100

EROSIÓN

Esta, a consecuencia del proceso, generalmente presenta una

apariencia granular fina, similar a la de las fracturas frágiles.

El desgaste de tipo erosivo se presenta, por ejemplo, en

equipos y líneas de bombeo para fluidos con sólidos en

suspensión, boquillas de equipos para granallado por arena

(sand-blasting), etc.

101

Un material blando puede ser mas adecuado para resistir la

erosión que un material duro.

Por ejemplo, el caucho natural o sintético produce buenos

resultados debido a su bajo módulo elástico, lo que le

permite grandes deformaciones y una buena distribución

de la carga.

EROSIÓN

102

La velocidad de desgaste por erosión aumenta con la

velocidad de las partículas.

Si los ángulos de impacto son pequeños predomina el

corte abrasivo; siendo la dureza superficial un factor

crítico.

Si por el contrario, los ángulos de impacto son grandes el

desgaste es debido principalmente a deformación y

fractura.

EROSIÓN

103

Parece existir una buena

correlación entre la resistencia a la

erosión y el módulo de resiliencia

(R) de un material:

donde:

sy: resistencia a la fluencia y

E : modulo de rigidez (módulo de

Young o de elasticidad)

R = (s y2 / 2 E)

EROSIÓN

s

sy

ey e

Área bajo la curva: sy-ey

s = e * E

104

Módulo de resiliencia

Este parámetro representa la cantidad de energía que puede

ser absorbida por un cuerpo antes de que ocurra deformación

plástica (permanente) ó fractura, por impacto.

EROSIÓN

105

SOLUCIÓN A PROBLEMAS DE EROSIÓN

Modificar ángulos de ataque.

Reducir velocidades.

Escoger materiales de mejor calidad o modificar sus

superficies.

Además, puesto que la erosión se considera como una forma

de abrasión, las recomendaciones para el control del

desgaste abrasivo tienen, en general, validez para el desgaste

erosivo.

EROSIÓN

106

Esta forma de deterioro se caracteriza por la pérdida de material

de superficies en contacto, bajo la acción de una carga y un

movimiento deslizante de amplitud muy pequeña menor a 130 µm.

FRETTING (DESGASTE MICRO-OSCILATORIO)

107

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http://www.corrosionlab.com/Failure-Analysis-Studies/





108

Fretting

Características

• Normalmente, la apariencia de la superficie es rojiza-marrón (ladrillo) o gris, con presencia de partículas oxidadas.

109

SECUENCIA DE EVENTOS

Vibración y deslizamiento.

Desgaste adhesivo y generación de partículas.

Oxidación de las partículas, los cuales permanecen atrapadas

en pequeñas áreas de contacto.

Abrasión por las partículas oxidadas aumentando la velocidad

de desgaste y mayor producción de partículas.

Ello produce un significante daño localizado.


110

• Fretting corrosión: Es el término aplicado a

situaciones donde se genera una gran cantidad de

óxido en polvo alrededor de las superficies de

contacto. En los componentes de acero el óxido que

se genera es de color rojo.

• Fretting fatiga: Ocurre en situaciones donde la carga

y los ciclos son suficientes para iniciar y propagar

fisuras por fatiga. El fallo puede ser acelerado por los

elementos corrosivos de procesos de desgaste.


111

El Fretting se combate muy bien con recubrimientos resistentes a

la corrosión (como el niquelado químico) o a través de

recubrimientos mas dúctiles como plata o indio.


112

EFECTO DE LA CARGA

Disminuciones de la carga normal producen reducción de la

amortiguación de las vibraciones y esto ocasiona mayor

desgaste.

Aumentos de la carga normal reducen las vibraciones, pero

aumentan el área de contacto y a su vez el desgaste.

No obstante lo antes expuesto, en general, los aumentos de la

carga normal hacen aumentar este tipo de desgaste.


113

EFECTO DE OTROS FACTORES SOBRE EL FRETTING

Las atmósferas inertes o con bajas concentraciones de oxígeno

previenen la oxidación de las superficies en contacto y reducen

esta forma de desgaste.

Un buen acabado superficial es una buena opción para

superficies sometidas a deslizamientos micro-oscilatorios, pero

rugosidades muy pequeñas (menores de 0,05 µm) pueden

impedir la penetración del lubricante y harían aumentar el

“Fretting".


Mecanismos de Daño-1era Parte

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