EVALUACIÓN DE LA FALLA DE UNA BIELA DE AUTOMOTOR

Edgar Sánchez Bello Daniel Luna ArroyoJose Carlos Salcedo Gamarra

Desde hace mucho tiempo se viene desarrollando el análisis metalúrgico y mecánico de los componentes fallados en servicio. En este sentido, últimamente se ha sistematizado este trabajo y se han ido incorporando nuevas técnicas de evaluación a las tradicionales ya existentes En cuanto a la falla de componentes como el estudiado en este caso, se ha encontrado como crítica la calidad superficial que se obtiene del proceso de fabricación del mismo, ya sea por forjado o por fundición, siendo que defectos superficiales como pliegues o fisuras podrían producir la falla del mismo.

INTRODUCCION

PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL

• Se recibió un conjunto armado, identificado como pistón, perno y biela correspondiente al motor de un automóvil. Dicho conjunto presentaba la rotura de la biela en su cabeza, como se observa en la figura 1.

• A su vez, se recibió para este estudio la documentación de referencia provista por el fabricante

. Inspección visual y análisis dimensional

• A partir del material recibido, mostrado en la figura 1, se realizó el desarme del conjunto biela, perno y pistón. Sobre todo el conjunto y en particular sobre la biela fallada se realizó una observación visual detallada a fin de obtener información sobre el estado general de los componentes y del proceso de falla en estudio.

Figura 1.- cabeza de biela fallada

Ensayo de tintas penetrantes • Se realizó el ensayo de tintas penetrantes sobre la

superficie de la biela según la norma ASTM sección 3, utilizando un juego de removedor, tinta y revelador. Como resultado de este ensayo no se detectaron fisuras superficiales. Este resultado indica que el componente no presentaba defectos superficiales apreciables de origen, que puedan haber actuado como concentradores de tensión que hayan disminuido la capacidad de carga del mismo por debajo de las condiciones de diseño.

Figura 3.- Microestructura en corte transversal sin ataque.

Figura 4.- Microestructura en corte transversal sin ataque.

CON ATAQUE

• Este material no cumple con el especificado por el fabricante, debido a que presenta un exceso en el contenido de azufre y cobre, cuyos límites máximos permitidos por el fabricante son 0,045 y 0,40, respectivamente.

• El análisis metalográfico efectuado por microscopía óptica (LM), permitió caracterizar la estructura como formada por ferrita y perlita con un tamaño de grano 6-7 (ASTM).

Figura 4.- Microestructura en corte transversal con ataque.

FICHA TECNICA

CARACTERIZACIÓN MICROESTRUCTURAL • Los valores de composición de los elementos

indicados con un asterisco son de cumplimiento imperativo según la norma interna del fabricante.

• Este material corresponde a un acero de la norma SAE 1141, identificado como acero resulfurado para ser tratado térmicamente por temple y revenido.

Tabla I.- Composición química del componente en estudio (% en peso).

Este material no cumple con el especificado por el fabricante, debido a que presenta un exceso en el contenido de azufre y cobre, cuyos límites máximos permitidos por el fabricante son 0,045 y 0,40, respectivamente

• El análisis metalográfico efectuado por microscopía óptica (LM), permitió caracterizar la estructura como formada por ferrita y perlita con un tamaño de grano 6-7 (ASTM). En la figura 6 se puede observar la microestructura del material. En la norma interna de fabricación, se indica que el material debe encontrarse en estado normalizado. El estado microestructural observado es consistente con lo requerido.

FIGURA.6 Microestructura en corte transversal

• Las determinaciones realizadas sobre la superficie lateral de la biela, cercana al pie de la misma, dieron como resultado una dureza que se encontró entre 250-265 HV, mientras que el valor promedio fue de 255 HV. la sección de la falla dieron como resultado valores de dureza de entre 260-285 HV, cuyo valor promedio fue 275.8 HV. El rango de dureza establecido por el fabricante es de 217-255 HV, con un límite de fluencia mínimo de 470 MPa y una resistencia a la tracción de entre 720-850 MPa.

FIGURA 7.ENCAPSULADO DE LA PIEZA

FIGURA8. Descripción esquemática de la superficie de fractura.

ANÁLISIS Y DISCUSIÓN

• Analizando los requerimientos establecidos por el fabricante de la biela se observa que la microestructura es correcta, como se puede ver en la figura 5, correspondiéndose con un tratamiento térmico acorde a lo especificado

CONCLUSIONES

• En cuanto a los requerimientos especificados por el fabricante, la pieza estudiada cumple en el aspecto dimensional. A su vez, la microestructura del material evidencia un correcto conformado y adecuado tratamiento térmico y la dureza es acorde a lo requerido.

REFERENCIAS

• [1]. G. E. DIETEr, “Mechanical Metallurgy”, 3rd. Ed., McGraw-Hill, New York, 242-331. 1986.

• [2]. American Society for Metals, “Metals Handbook – Vol. 10 Failure Analysis and Prediction.”, 8th. Ed., Taylor Lyman Editor, Ohio, 45, 291,1964.