- PROPIEDADES DE CARACTERIZACIÓN DE LOS SUELOS CASI TERMINADO
PERFIL de TESIS Casi Terminado Bueno
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CAPÍTULO I 1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLÉMA 1.1. TEMA: ESTUDIO DEL COMPORTAMIENTO DE LOS PARES TRIBOLÓGICOS (BRONCE SAE64-ACEROAISI 1045), (BRONCE SAE40- ACERO AISI 1045) Y SU INCIDENCIA EN LA DETECCIÓN DEL DESGASTE ACELERADO DEL MATERIAL. 1.2. CONTEXTUALIZACIÓN DEL PROBLEMA A nivel mundial el desgaste de los materiales en los pares tribológicos se ha evidenciado por siempre, ya que es un daño progresivo que involucra la pérdida de materiales entre dos cuerpos en contacto los cuales tienen un movimiento relativo, por lo que se ha buscado combatirlo y prevenirlo de muchas maneras, una de las formas de evitar que se presente es la determinación de las características mecánicas del material y su 1
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CAPÍTULO I
1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLÉMA
1.1. TEMA:
ESTUDIO DEL COMPORTAMIENTO DE LOS PARES TRIBOLÓGICOS
(BRONCE SAE64-ACEROAISI 1045), (BRONCE SAE40- ACERO AISI 1045) Y
SU INCIDENCIA EN LA DETECCIÓN DEL DESGASTE ACELERADO DEL
MATERIAL.
1.2. CONTEXTUALIZACIÓN DEL PROBLEMA
A nivel mundial el desgaste de los materiales en los pares tribológicos se ha
evidenciado por siempre, ya que es un daño progresivo que involucra la pérdida de
materiales entre dos cuerpos en contacto los cuales tienen un movimiento relativo,
por lo que se ha buscado combatirlo y prevenirlo de muchas maneras, una de las
formas de evitar que se presente es la determinación de las características mecánicas
del material y su comportamiento en el momento en que entra en contacto con otro,
esto debido a que no solo basta con que un material cumpla con los requerimientos de
resistencia , sino que pueda cumplir con su función durante un periodo de tiempo
razonable.
El elevado desgaste reduce la vida en servicio del par y esto obliga a la aplicación de
procesos de recuperación. Si se realizara lo antes mencionado ayudaría a alagar el
tiempo de vida útil de material y disminuir la perdida de energía que se genera.
1
En nuestro país en la actualidad existe muy pocos estudios respecto al tema ya
pocas universidades tienen los equipos para realizar ensayos o pruebas que ayuden
a determinar el nivel de desgaste que ocurre en los pares tribológicos.
En la universidad no sea realizado estudios sobre desgaste que ocurren en pares
tribológicos. Con esta investigación se pretende realizar un aporte sobre el
conocimientos de este tema para que sea de gran utilidad a los estudiantes y q tengan
una referencia o guía de como ocurre el desgaste generado en pares tribológicos.
1.3. ANÁLISIS CRÍTICO
Debido a la falta de investigación sobre desgastes que ocurren en los pares
tribológicos que tienen la mayoría de elementos de máquinas, se pretende realizar
ensayos en el tribómetro, el cual permitirá determinar el comportamiento del mismo
y encontrar la mejor combinación del par para alargar la vida útil del material. Para
tener una mejor perspectiva, el hombre por mejorar su entorno, ha dado lugar a un
incremento de necesidades en las diferentes áreas pues la facilidad que brinda el buen
funcionamiento de las máquinas es de gran importancia a nivel de industrias.
1.4. PROGNOSIS
Al realizar el presente estudio del comportamiento de los pares tribológicos bronce-
acero en el tribómetro bajo la norma ASTM G77 para evaluar su incidencia en el
desgaste acelerado, se podrá determinar la vida útil y los factores que causan la
misma, ya que se podrá someter cada par a características similares de trabajo .
1.5. FORMULACIÓN DEL PROBLEMA
¿El estudio del comportamiento de los pares tribológicos (SAE64-AISI1045) y
(SAE40-AISI1045) en el tribómetro permitirá determinar q tipo de desgaste sucede
en el material?
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1.5.1. PREGUNTAS DIRECTRICES
¿Cuáles son los requerimientos para la construcción del tribómetro?
¿Qué factores permite variar el tribómetro para el estudio del desgaste en el par
tribológico?
¿El estudio del comportamiento del par tribológico en el tribómetro está respaldado
por alguna norma que especifique el proceso y funcionamiento de la máquina?
¿Con la construcción del tribómetro podremos determinar el grado y tipo de
desgaste que ocurre en el material?
1.6. DELIMITACIÓN DEL PROBLEMA
1.6.1. DE CONTENIDO
La presente investigación se llevará a cabo en los parámetros científicos de
investigación dentro del campo de la Ingeniería Mecánica con el estudio del área del
diseño tribotécnico, Ingeniería de Materiales, tomando en consideración como fuentes
de consulta el internet y libros de la biblioteca de la facultad .
Aspecto: Diseño tribotécnico
Área: Ingeniería de Materiales
Campo: Ingeniería Mecánica
1.6.2. ESPACIAL
El estudio del comportamiento de los pares tribológicos bronce-acero en el
tribómetro bajo la norma ASTM G77 y su incidencia en la detección del desgaste
acelerado del material se desarrollará en el Laboratorio de Materiales de la Facultad
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de Ingeniería Civil y Mecánica dentro de la Universidad Técnica de Ambato, Campus
Huachi.
1.6.3. TEMPORAL
El tiempo para realizarse esta investigación será un lapso de ocho meses.
1.7. JUSTIFICACIÓN
La importancia de realizar este proyecto involucra una investigación profunda para
que dicho proyecto se lleve a cabo ya que es un tema teórico-práctico y necesita ser
investigado. Este tipo de investigación tribológica en nuestro país es muy escasa ya
que es una rama que recién está dándose a conocer , tomando en cuenta esta
situación se propone realizar este estudio, por medio del diseño y construcción de un
tribómetro que nos permita realizar ensayos de desgastes, dicho ensayo está basado
bajo la norma ASTM G77 en el cual se indica el proceso del ensayo.
Es un estudio factible de realizarlo, se cuenta con la bibliografía, talleres y equipos
necesarios para el desarrollo del mismo, además cuenta con el personal calificado de
la Facultad de Ingeniería Civil y Mecánica de la Universidad Técnica de Ambato.
1.8. OBJETIVOS
1.8.1. OBJETIVO GENERAL
Analizar el comportamiento de los pares tribológicos bronce-acero y su
incidencia en la detección del desgaste acelerado del material, bajo la norma
ASTM G77.
1.8.2. OBJETIVO ESPECIFICO
Realizar el diseño y construcción del tribómetro.
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Investigar sobre el proceso de funcionamiento que tiene el tribómetro.
Determinar los parámetros que influyen en el desgaste acelerado del material que constituyen cada uno de los pares tribológicos.
Determinar el grado y tipo de desgaste que ocurre en cada uno de los pares tribológicos.
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CAPÍTULO II
2. MARCO TEÓRICO
2.1. ANTECEDENTES INVESTIGATIVOS
DEFINICION DE TRIBOLOGÍA
La tribología es la ciencia que estudia de los fenómenos que tienen lugar en la
interface de contacto entre dos sólidos, teniendo por objeto el estudio de las materias
tales como lubricación, fricción y desgaste de materiales.[1]
Un par tribológico está formado por dos materiales sean del mismo material o de
distinto, los cuales presentan movimiento relatico entre si y el material lubricante, el
cual evita el contacto (metal –metal). Debido a que las superficies son irregulares
ocurren contacto localizados q aumentan la presión, razón por la cual se presenta
desgaste en la superficie del material.
ENSAYOS DE DESGASTE
Los ensayos de desgaste tienen por objeto determinar las condiciones de
durabilidad de los materiales cuando los mismos de hallan expuestos a impactos
reiterados producidos por un cuerpo en movimiento, en general a rozamiento con
otros materiales, lo cual origina su deterioro progresivo por acción puramente
mecánica. [2]
1[]Roadhouse: Manual técnico de la pastilla de freno, Capitulo 2 “Introducción a la Tribología”, disponible en http://www.roadhouse.es/manual/cap2.pdf2[]Aarón Helfgot. Ensayo de los Materiales. Editorial Kapelusz S.A. Buenos Aires. Pag. 356
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DESGASTE
El desgaste es un proceso complejo que se produce en las superficies de los cuerpos
debido a la fricción de otro cuerpo o medio, trayendo por consecuencia la variación
de la micro y macro geometría superficial.
El desgaste es el resultado del arranque o desprendimiento de viruta, que se causa por
las fuerzas de fricción a través de las áreas de contacto, este se presenta cuando un
material es removido o desplazado por el efecto producido entre las superficies
interactuantes de dos sólidos en contacto, sometidos a una carga y en movimiento
relativo o rodante.
Este también ocasiona pérdidas en la superficie de los materiales, generando q estos
sufran cambios irreversibles en sus propiedades mecánicas, esto perjudica
enormemente el funcionamiento correcto tanto de los sistemas mecánicos como de
sus componentes.
En las máquinas de combustión interna, como en las herramientas de corte, un
desgaste excesivo origina que reduzcan su vida útil.
Figura1. Tipos de desgaste.(Fuente:http://www.ingenierosdelubricacion.com/articulospdf).
Los parámetros que tienen una influencia sobre un nivel del desgaste son:
Fuerza de contacto.
Temperatura.
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Área de contacto.
Estado físico-químico (rugosidad, capas de óxido).
Estructura cristalográfica y propiedades mecánicas de los metales.
Ausencia o presencia de un lubricante.
Presencia de agentes activos en fricción (aditivos anti desgaste).
El desgaste es originado por:
Deformación plástica.
Creación o desplazamiento de dislocaciones.
Impacto o rasguño.
Fracturas.
Transformación de fase.
Adhesión.
DINÁMICA DE DESGASTE
El incremento de la durabilidad de los elementos de máquinas está íntimamente
relacionado con la velocidad del desgaste y por ende con la característica dinámica
del desgaste. La variación del desgaste con el tiempo (dinámica del desgaste) es su
forma más conocida. [3]
Figura2. Dinámica del desgaste.(Fuente: Introducción al diseño tribotécnico.)
De la gráfica de la dinámica del desgaste se distinguen tres periodos:
Periodo de asentamiento (0-t1)
3[] Introducción al Diseño Tribotécnico.
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Periodo de trabajo normal o de desgaste establecido (t1-t2)
Periodo de avería o desgaste catastrófico (t2-t3)
El período o etapa de asentamiento (I) se caracteriza por un área de contacto real muy
pequeña lo que representa altas presiones reales; esto es debido a que solo entren en
contacto los "picos" más altos de la rugosidad superficial. El desgaste durante este
período es muy intenso y puede tener una influencia apreciable en la durabilidad. [4]
Durante el período de desgaste establecido (II), el área de contacto aumenta debido a
la eliminación de los "picos" de la rugosidad superficial. Con el transcurso del tiempo
el desgaste va aumentando hasta llegar a un valor crítico o permisible (III). Cuando se
llega a este valor del desgaste se inicia el período de avería de la pieza o unión
tribotécnica, el cual se caracteriza por un incremento de la temperatura, un aumento
del nivel de ruido, la presencia de cargas dinámicas (vibraciones), todo lo cual lleva si
no se realiza el cambio de la pieza a un desgaste catastrófico. [4]
Un método para evaluar el desgaste es mediante la tasa de desgaste. Se calcula a
partir del volumen desgastado (m3), la carga aplicada N (N) y, la distancia recorrida l
(m)
K= VN∗l
= mρ∗N∗l
CLASIFICACIÓN DEL DESGASTE
El desgaste se clasifica dependiendo de la cantidad del material perdido por un
elemento activo en un tribosistema se puede distinguir lo siguiente:
Desgaste moderado
4[]http://www.monografias.com/trabajos57/esteras-de-tractores/esteras-de-tractores.shtml
9
Este tipo de desgaste en el sistema es muy poco, la superficie del sistema
permanecen lisas y la partículas tienen dimensiones del orden de los micrones.
Desgaste severo
Las superficies de los cuerpos cambian y el tamaño de las partículas excede los 100
micrones.
Desgaste catastrófico
La vida esperada de las maquinas es reducida enormemente.
MECANISMO DE DESGASTE
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.
En cierto momento la fuerza de contacto aplicada esta soportada por las juntas
existentes, una junta adhesiva es producida. En ocasiones ambos cuerpos
escasamente resisten toda carga y los dos cuerpos se separan sin cambio o la junta es
relativamente resistente y se forma mellas en el cuerpo más débil. [5]
Figura 3. Desgaste adhesivo entre dos piezas en movimiento
(Fuentehttp://profefelipe.mex.tl/imagesnew/4/6/9/5/1/TRIBOLOGIA.pdf).
5[]http://www.slideshare.net/cristianstiveng1/mecanismos-de-desgaste
10
La posibilidad de adhesión depende de la estructura de los materiales, con un alto
grado de terminación superficial (lapeado), se adhieren perfectamente con solo
ponerlos en contacto. Es evidente que cuando menos rugoso sea la superficie, mayor
es la fuerza de adhesión es contraria a la idea de que la fricción es directamente
proporcional a la rugosidad.
El desgaste adhesivo, es común el primer mecanismo que actúa en los casos
prácticos de desgaste, donde se crean partículas de alta dureza, que rápidamente son
oxidadas y por ello, de gran poder abrasivo. Existen dos tipos de desgastes adhesivos:
Desgaste adhesivo suave:
Este se presenta en superficies metálicas limpias, que permite la adhesión o la fusión
de la misma. Esta superficie metálica es cubierta por una película delgada de óxido de
pobre adhesión produciendo residuos formados de óxido, esto frecuentemente
ocurre como resultado de las cargas moderadas a las que se somete los materiales. El
desgaste suave puede iniciarse cuando los materiales tienen pobre adhesión.
Desgaste adhesivo severo:
Este tipo de desgaste se origina como consecuencia de las grandes cargas y/o
velocidades a las que son sometidas las superficies que se deslizan. Este se
caracteriza porque no forma ninguna capa de óxido fino en la superficie desgastada,
por lo contrario aparecen residuos de desgaste un tanto densos. A medida que se
incrementa la carga, la razón de ambos (suave y severo) también se incrementa.
Desgaste por abrasión
Es la remoción de material de la superficie en contacto por superficies duras en
superficies de coincidencia, o con superficies duras que presentan un movimiento
relativo en la superficie desgastada.[6] Es conveniente aclarar que este tipo de
desgaste se puede presentar en estado seco o bajo la presencia de un fluido.
6[]http://profefelipe.mex.tl/imagesnew/4/6/9/5/1/TRIBOLOGIA.pdf
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En general, en el desgaste por abrasión los aceros austeníticos resisten peor que los
martensíticos, ya que estos últimos tienen un porcentaje mayor en Carbono. Y en los
ensayos de abrasión con corrosión los aceros austeníticos resisten mejor que los
ferríticos. [7]
Figura 4.Desgaste abrasivo debido a la presencia de partículas duras
(Fuentehttp://profefelipe.mex.tl/imagesnew/4/6/9/5/1/TRIBOLOGIA.pdf).
El desgaste abrasivo puede ocurrir en dos tipos:
a) Desgaste entre dos agentes, el más duro desprende material del más blando.
b) Desgaste entre tres agentes, donde el tercer elemento son usualmente
partículas
c) duras, sueltas, que se ubican entre las dos superficies deslizantes,
incrustándose en una y desprendiendo material en la otra
7[]ASM Metals Handbook, Volume 18, Friction, Lubrication and Wear Technology, 1992.
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a) b)
Figura 5.( a. desgaste en dos y b.- en tres cuerpos)
(Fuentehttp://profefelipe.mex.tl/imagesnew/4/6/9/5/1/TRIBOLOGIA.pdf).
Desgaste por fatiga
Los esfuerzos y la fatiga q se generan durante la fricción y pueden crear fracturas.
Para materiales dúctiles el desgaste por fatiga ocurre en forma de descascaramiento
en las áreas donde ocurre la fricción. Para materiales frágiles la fractura ocurre en
zona de alta tensión.
Este tipo de desgaste suele empezar con la generación de distintas micro grietas en la
superficie debido al roce y fricción de dos superficies en contacto. Debido a los
esfuerzos producidos por el deslizamiento, bajo la superficie se alcanza los esfuerzos
más elevados y toda la superficie se va deformando en la dirección de deslizamiento
Figura 6.Desgaste por fatiga (Esquema de la formación de grietas superficiales y
sub-superficiales)
(Fuentehttp://cdigital.dgb.uanl.mx/te/1020150052/1020150052_03.pdf).
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Desgaste corrosivo
Es un desgaste dominado por una reacción química o electroquímica con el material
circundante. El modelo de desgaste corrosivo se explica en dos etapas:
1. Formación de una película de oxido en la superficie, esta película de oxido
puede operar como lubricante, en la mayoría de los materiales no es posible
ya que dicha película es muy frágil.
2. Al ser esta capa de oxido frágil queda expuesta a los fenómenos de
deslizamiento del sistema, siendo esta removida.
Figura 7.Desgaste corrosivo (Modelo representativo de la formación de la capa de
oxido)
(Fuentehttp://cdigital.dgb.uanl.mx/te/1020150052/1020150052_03.pdf).
Desgaste erosivo
Este tipo de desgaste representa una pérdida de material de una superficie sólida
originada por el contacto de un fluido con movimiento relativo, esto quiere decir que
tiene gran contenido de partículas sólidas.
LUBRICACIÓN
El objetivo principal del uso de los lubricantes es el reducir la fricción y el desgaste
introduciendo una película entre las dos superficies que tienen movimiento relativo
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entre sí. Los lubricantes definen la durabilidad, habilidad y las pérdidas de energía en
las uniones tribológicas.
Clasificación de los lubricantes
Según su génesis:
Orgánicos; de origen animal o vegetal.
Minerales; procedentes del petróleo.
Sintéticos; obtenidos por procedimientos químicos.
Según su estado físico:
Lubricantes líquidos
Lubricantes semi-sólidos(grasas)
Lubricantes sólidos
Lubricantes gaseosos
TRIBÓMETRO
La geometría del eje permite realizar ensayos de tipo Falex con probetas
recomendadas por la norma ASTM D2714-68 y ASTM G77-83 para pruebas de
desgaste adhesivo, también permite montar modelos en una escala de 1/19 donde
la relación L/D y la presión 4 nominal del modelo es igual a la de las chumaceras,
las velocidades disponibles en el torno o un variador de velocidades permite simular
la velocidad de deslizamiento.
En el diseño experimental se elige la holgura radial y la viscosidad de forma tal que
el número de Sommerfeld del modelo sea igual al número de Sommerferld del
cojinete. [8]
8[] Caicedo J. Diseño de elementos de Maquinas Tomo III. Universidad de Valle. 1995
15
Con el tribómetro para desgaste adhesivo se busca representar de una manera
precisa el régimen de operación de los pares tribológicos, es decir una forma tal que
se puedan cuantificar los parámetros como: la fuerza de fricción, la temperatura de
contacto, la temperatura del lubricante , la velocidad de deslizamiento, el tiempo de
recorrido y el desgaste sufrido por las probetas.
Figura 7.Tribómetro de desgaste adhesivo
(Fuente: Ferrer Giménez. Carlos, Tribología Diseño de uniones deslizamiento, segunda edición, Valverde editores, Tunja 1995.).
CONFIGURACIÓN DEL TRIBÓMETRO
Se tiene un eje(A) soportado en dos rodamientos, en él se monta el anillo de acero a
ser evaluado. Un tornillo de potencia (B) fue usado inicialmente para cargar el
alojamiento (C) del cojinete o del bloque, a través de una celda de carga (D).
La celda de compresión (D) permite conocer la fuerza normal aplicada y la celda de
tensión (E) permite obtener la fuerza de fricción.
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La temperatura de contacto es medida por medio de un transmisor de temperatura el
cual se encuentra en contacto con el bronce, el desgaste del bronce puede ser
evaluado por simple pérdida de peso o por el ancho de la marca dejada sobre la
superficie de la probeta.
Figura 8. Configuración del Tribómetro de desgaste adhesivo
(Fuente: Ferrer Giménez. Carlos, Tribología Diseño de uniones deslizamiento,
segunda edición, Valverde editores, Tunja 1995.)
CALIBRACIÓN
Antes de empezar la adquisición de datos es necesario realizar una calibración del
sistema de medida, de forma que se puedan tener las contantes de calibración. La
constante de calibración se calcula mediante el valor del voltaje medido y el valor de
la variable física que se está midiendo. Este cálculo se hace mediante la siguiente
ecuación. [9]
A=KU+offset
Donde:
K: es el factor de escala o la constante de calibración.
U,V: es el voltaje medido .
Offset: es el ajuste del cero
9[] Caicedo J. Diseño de elementos de Maquinas Tomo III. Universidad de Valle. 1995
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A: es el valor calculado (variable física que está siendo medida).
BRONCES
El bronce es una aleación de cobre, combinado en muchos casos con estaño Sn,
plomo Pb, zinc Zn, aluminio Al y Hierro Fe principalmente. Los bocines
normalmente trabajan como elementos de sacrificio en las máquinas para evitar
desgaste de elementos más caros, principalmente de acero. El plomo en el bronce,
funciona como un metal que baja el coeficiente de fricción de los bronces, por lo que
por Ejem. en el SAE 64, el material tiende a desgastarse más lentamente. Por este
concepto e incluso podría soportar un determinado tiempo sin lubricación, si esta
fallase. [10]
Tabla 1.Tipos de bronces.
Fuente:http://centraltrust.net/ivanbohman/productopdf/BRONCES
%20ESPECIALES.pdf
Investigaciones realizadas sobre la fricción en bronces para chumaceras dan los
siguientes resultados:
Tabla 2.Coeficientes de fricción de los bronces.
10[]http://centraltrust.net/ivanbohman/productopdf/BRONCES%20ESPECIALES.pdf
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TIPOS DE BRONCES COEFICIENTES DE FRICCIÖN (f)
Sn-Pb 0.068-0.095
Sn-Pb-Zn 0.089-0.105
Al-Fe 0.106-0.147
Como se aprecia el tipo de bronces tiene una marcada influencia sobre la fricción.
Investigaciones realizadas por Emilio A y otros en 1997 sobre el comportamiento de
las chumaceras al ser lubricadas con grasas, obtuvieron valores del coeficiente de
fricción para una presión de 15MPa de 0.046-0.077 y para presión de 5MPa de 0.030-
0.039.
Investigaciones hechas por el grupo Tribológico ISP JAM en la planta moledora del
C.A.I. Rafael Reyes en Cuba, acerca el comportamiento tribológico de aleaciones de
bronce, pruebas realizadas en campo, dieron como resultado los siguientes
coeficientes de fricción utilizando el aceite Guijo para lubricación de las chumaceras :
Tabla 3.Coeficientes de fricción de los bronces.
TIPOS DE BRONCE COEFICIENTE DE FRICCIÓN(f)
Sn10Pb10 0.088
Sn5Pb12 0.078
2.2. FUNDAMENTACIÓN FILOSÓFICA
El avance científico cada vez va creciendo, la ingeniería de materiales se ha
desarrollado de una manera sorprendente por lo que el Ingeniero Mecánico debe
investigar especialmente acerca del desgaste que ocurre en los metales, ya que un
80% de los elementos de maquinas se sustituyen debido al desgaste; y que más del
30% de la energía mecánica se gasta en vencer la fricción innecesaria en los
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sistemas tribológicos , así lograr reducir ese fenómeno y también alargar la vida
útil del mismo.
Con este tipo de estudio se hará un aporte a la investigación en el área de materiales, lo que ayudará al sector industrial a evitar daños, fallas y pérdidas económicas en dichos sistemas tribológicos.
2.3. FUNDAMENTACIÓN LEGAL
El presente trabajo se sustentará en lo enmarcado principalmente en las Normas:
Norma SAE (Society of Automotive Engineers)
Norma GOST23.002.78 (Clasificación de la fricción desgaste y lubricación.)
Norma AISI (American Iron and Steel Institute)
Norma ASTM G77-83, ASTM D2714-68 (Descripción de la prueba de desgaste
adhesivo en el tribómetro).
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2.4 RED DE CATEGORÍAS FUNDAMENTALES
Variable Independiente Variable Dependiente
Figura 2.3 Red de categorías fundamentales.Fuente: Elaborado por Jaime Sailema. Conservación
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DISEÑO MECÁNIC
O
DISEÑO TRIBOTECNI
CO.
COMPORTAMIE
NTO DE LOS PARES .
PARES TRIBOLOGICOS
(BRONCE-ACERO)
MECANISMOS DE
DESGASTE
DINAMICA DE LOS
DESGASTES
CLASIFICACION DE LOS DESGASTES
DESGASTE ACELERADO EN EL MATERIAL
2.5. HIPÓTESIS
El estudio del comportamiento de los pares tribológicos permitirá disminuir el desgaste acelerado del material.
2.6. SEÑALAMIENTO DE VARIABLES
Variable Independiente: El estudio del comportamiento de los pares tribológicos.
Variable Dependiente: disminuir el desgaste acelerado del material.
2.6.1. TERMINO DE RELACIÓN
Permitirá
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CAPITULO III
3. METODOLOGÍA
3.1. ENFOQUE
El enfoque que predominara en la presente investigación será de tipo cuantitativo ya
que manejaremos valores numéricos o porcentajes de desgate inferiores, esta
investigación tiene por objetivo comprobar la hipótesis mediante el análisis y
ensayos, para luego estudiar los resultados y así poner énfasis en los mismos.
En lo que se refiere al carácter cualitativo, lo realizaremos a través del análisis de
cada uno de los datos obtenidos mediante la observación de los resultados que se
obtengan en las diferentes pruebas de ensayo.
3.2. MODALIDAD BÁSICA DE LA INVESTIGACIÓN
Investigación de campo.
Esta investigación se realizara en los laboratorios de la carrera de ingeniería
mecánica, en el área de ingeniería de los materiales; en donde se realizaran
ensayos y pruebas de funcionamiento que influyen en el proceso desgaste
adhesivo por medio del tribómetro.
Bibliográfica:
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La investigación bibliográfica, además de que constituye una necesaria primera etapa
de todas ellas, puesto que ésta proporciona el conocimiento de las investigaciones ya
existentes teorías, hipótesis, experimentos, resultados, instrumentos y técnicas.
La información para la realización del estudio proviene tanto de fuentes primarias las
cuales nos proporcionan información importante, la misma que será recolectada en
fuentes como libros, tesis, documentales e internet, mientras que la información
secundaria son los resúmenes y listados de referencias que estén vigentes, así como
personas entendidas en el tema que puedan servir de ayuda con su experiencia.
Por lo tanto esta investigación bibliográfica se la realizará en la biblioteca de
la Facultad de Ingeniería Civil y Mecánica de la Universidad Técnica de
Ambato, Campus Huachi Chico.
3.3. NIVEL O TIPO DE INVESTIGACIÓN
3.3.1. EXPLORATORIO.
El nivel seleccionado para la investigación es de tipo exploratorio, ya que nos permite
reconocer variables de interés investigativo, en el comportamiento de los pares
tribológicos (broce-acero) en el tribómetro y su incidencia en la detección del
desgaste acelerado, el cual es un problema poco investigado y permitirá generar una
hipótesis del tema.
3.3.2 ASOCIACION DE VARIABLES
La relación de variables tanto independiente como dependiente en el tema de estudio
es de gran importancia, para poder indicar el grado de dependencia de los distintos
parámetros en la investigación.
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3.4. POBLACIÓN Y MUESTRA
Se considerará para el estudio, realizar ensayos de desgaste en los pares tribológicos
con diferentes tipos de bronces (SAE 64 Y SAE 40) y un acero AISI 1045, mediante
3 probetas con cada uno de los bronces y 3 probetas de acero, esto daría un total de
9 probetas.
Este ensayo se realizara con dos clases de lubricantes uno semi-sólido (grasa) y
lubricante líquido (aceite), también se realizara el ensayo de desgaste sin lubricante.
Los ensayos permitirán determinar parámetros que conllevan a resultados
investigativos.
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3.5. OPERACIONALIZACIÓN DE VARIABLES
CONTEXTULIZACION DIMENSIONES INDICADORES ÍTEMS TÉCNICAS E INSTRUMENTOS
Un par tribológico es un
sistema natural o artificial
donde intervienen dos metales
los cuales están expuestos a
diversos fenómenos cuyo
conocimiento es de vital
importancia. Estos fenómenos
fundamentales que aparecen
son: Fricción, Desgaste y
Adhesión, para lo cual se
implementa un diseño de
máquina de ensayos la que
permitirá realizar las pruebas
necesarias.
Par tribológico
comportamiento
materiales en
contacto
lubricación
¿Cuál es el comportamiento q tiene el par tribológico en el ensayo?
¿Qué sucede con los materiales en contacto en el par tribológico?
¿Qué tipo de lubricantes se debe utilizar en el par tribológico?
Ensayos de laboratorioTabulación de datos de ensayos de laboratorio
Ensayos de laboratorioTabulación de datosManuales, Catálogos, Normas.
Ensayos de laboratorioTabulación de datosManuales, Catálogos, Normas.
Variable Independiente: Estudio del comportamiento de los pares tribológicos
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Variable Dependiente: disminuir el desgaste acelerado del material
CONTEXTULIZACION DIMENSIONES INDICADORES ÍTEMS TÉCNICAS E INSTRUMENTOS
El desgaste es el resultado del arranque o desprendimiento de viruta, que se causa por las fuerzas de fricción a través de las áreas de contacto, este se presenta cuando un material es removido o desplazado por el efecto producido entre las superficies interactuantes de dos sólidos en contacto, sometidos a una carga y en movimiento relativo o rodante.
Desgaste
Fricción
Tipo de desgaste
Máxima
Mínima
¿Cuál es el tipo de desgaste q ocurre en el material?
¿Cuál es la máxima y mínima fricción q se genera en el material?
Ensayos de laboratorioTabulación de datosManuales, Catálogos, Normas.
Ensayos de laboratorioTabulación de datos de ensayos de laboratorio.
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3.6. RECOLECCIÓN DE LA INFORMACIÓN:
En la presente investigación se realizara estudios de tipo bibliográficos y
experimentales se utilizan técnicas para la recolección de la información tales
como la observación y analizar la información que sirve como guía en la
investigación, recolección de información de libros e Internet, análisis y pruebas
en el laboratorio.
3.7. PROCESAMIENTO Y ANÁLISIS:
3.7.1 Plan de procesamiento
El proceso para la obtención de la información se basa en forma experimental por
medio del diseño y construcción de un tribómetro para ensayos, en la cual se
determinara el desgaste y los parámetros que influyen en el sistema tribológico
como la presión nominal, la velocidad de deslizamiento y la lubricación, los
resultados obtenidos serán tabulados y representados en forma grafica.
3.7.2. Análisis e interpretación de resultados
Una vez realizados los gráficos de valores, comparación y cualquier otro fruto de
la investigación se procederá a la interpretación y análisis de los resultados,
basándose en el marco teórico pertinente, además de resaltar la tendencia de los
resultados de acuerdo a los objetivos y de la hipótesis, lo que nos permitirá
comprobar la validez de dicha hipótesis, para finalmente poder establecer las
conclusiones y recomendaciones.
28
CAPÍTULO IV
MARCO ADMINISTRATIVO
4.1. RECURSOS
4.1.1. INSTITUCIONALES
Los recursos que ofrecerá la Facultad de Ingeniería Civil y Mecánica serán: Biblioteca
Laboratorios de Materiales.
Internet
4.1.2. HUMANOS
Entre los recursos humanos para realizar la investigación tenemos: Tutor de proyecto: Ing. Henry Vaca.
Investigador: Jaime Sailema.
4.1.3. MATERIALES
Computadora
Impresora
Material de oficina
Transporte
Foto Copiadora
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4.1.4. RECURSOS ECONÓMICOS
4.1.4.1. PRESUPUESTO
N° DETALLE CANTIDADPRECIO UNITARIO ($)
PRECIO TOTAL ($)
1 Internet 40 Horas 0,8 32
2 Computador 100 Horas 0,7 70
3 Impresiones 40 Hojas 0,05 24 Anillado 1 Global 1 16 CD 1 Global 0,5 0,57 Lápices 2 Global 0,25 0,58 Borradores 1 Global 0,25 0,25
10 Hojas (Rexma) 1 Global 4 4
11 Memory Flash 1 Global 16 1612 Copias 120 Global 0,02 2,4013 Tutoría 1 Global 250 250
14Máquina de ensayos
1 Global 1300 1400
15 Mano De Obra 1 Global 250 250
16Preparación Y Defensa
1 Global 200 200
17 Gastos Varios 1 Global 100 100
SUBTOTAL $ 2428.65Imprevisto (10%) $ 242.86TOTAL $2671.51
Elaborado por: Jaime Sailema.
4.1.4.2. FINANCIAMIENTO PRESUPUESTO
El presente proyecto de investigación será financiado por el autor en su totalidad,
es decir que va a aportar con el 100% de los recursos.
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1.1. CRONOGRAMA Programación de actividades básicas en el tiempo:
ACTIVIDADES
MESES Y SEMANAS
Noviembre Diciembre Enero Febrero Marzo Abril Mayo Junio
1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1
Identificación del problema
Recopilación Bibliográfica (Biblioteca)
Recopilación de Información (Internet)
Elaboración del Proyecto de Investigación
Revisión del Proyecto de Investigación
Presentación y Aprobación del Proyecto de
Investigación
Diseño de la máquina de ensayo
Adquisición de materiales y equipos.
Construcción de la máquina de ensayos
Pruebas de funcionamiento y readecuaciones
en la máquina.
Revisión del Informe
Presentación del Informe final
Defensa
Elaborado por: Jaime Sailema.
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1.2. BIBLIOGRAFÍA[1] Steeve Leonardo Almeida Maldonado Y Cecilia Lizeth Villena Carrasco:
Soldadura Fuerte De Acero Inoxidable Austenítico, ESCUELA POLITÉCNICA
NACIONAL: Quito - Ecuador, 2009.
[2]httpwww.indura.cl_filefile_1774_manualdeacerosinoxidableparasoldadores
%20indura.pdf
[3] Jesús Magaña Huante:Estudio comparativo de la unión por soldadura del acero
inoxidable dúplex 2205, Universidad Michoacana De San Nicolás De Hidalgo.
Morelia Mich - México 2007.
[4] Pedro Luciano García Tlaseca.Guía Comparativa De Procesos De Fusión Con
Depósito De Material. Instituto Politécnico Nacional. México, D.F. 2009
[5] William D. Clister. Introducción a la Ciencia e Ingeniería de los Materiales.
Editorial Reverte S.A. México. Pág. 369-370
[6] Henry Horwitz, P.E. (2002). Soldadura, Aplicaciones y Práctica. Alfaomega
Grupo editor S.A. Colombia. Pág. 574-576
[7] Manual de soldadura Oerlikon.
[8] Richard Rowe& Larry Jeffus. (2008). Manual de soldadura GMAW (MIG-MAG).
Paraninfo S.A. España. Pág. 1-2
[9] José Rivas Arias. (2008). Soldadura eléctrica y sistemas TIG y MAG. 9na Edición.
Paraninfo S.A. España. Pág. 320-329
[10] Catalogo de indura. Pág. 74-77
[11] httpwww.cientificosaficionados.comlibrossolinox1.pdf
[12]www.slideshare.net/NsBoy/soldaduras-presentation
[13] http://www.arqhys.com/construccion/metalicos-materiales.html
[14] http://www.universidadperu.com/ingenieria-mecanica-peru.php
22
[15] www.sistendca.com/DOCUMENTOS/Defectologia[1].pdf
[16] William F. Smith. (1998). Fundamentos de la ciencia e ingeniería de materiales.
(Traducido por: Alicia Larena Pellejero). 3ra Edición . Mc Graw Hill. México.
Pág.621-622
[17] www.gef.es/Congresos/18/pdf/GalveleIMP.pdf
[18] http://www.inoxidable.com/corrosion.htm
[19] http://es.wikipedia.org/wiki/Ensayo_de_materiales
[20] http://www.mitecnologico.com/im/Main/ConceptoDeMetalurgia
[21
]httpwww.infra.com.mxservicio_atencionlibreriacatalogo_ventasdocumentosmaterial
_aporte_soldadura2012.pdf
[22] Catalogo IPAC
[23] Catalogo - Manual AGA
Libros Biblioteca Virtual
Molera Solà. (1992). Soldadura industrial: clases y aplicaciones. Editorial
Marcombo. España.
González-Viñas, Wenceslao Mancini, Héctor L.(2005). Ciencia de los materiales.
Editorial Ariel
Maury Ramírez, Heriberto Enrique . (2009).Diseño para la fabricación y
ensamble de productos soldados. Editorial Uninorte. Colombia.
Estudio comparativo de la resistencia a la corrosión de aceros inoxidables
austeníticos clásicos, de muy bajo contenido en níquel y pulvimetalúrgicos
Sáenz More, José Ernesto B. Otero Huerta, Enrique Pardo Gutiérrez del Cid,
Ángel
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Molera Solà, Pere. (1990) Metales resistentes a la corrosión. Editorial
Marcombo.España.
1.3. ANEXOS
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TABLA DE CONTENIDO
1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA...............................................................1
1.1. TEMA:................................................................................................................1
1.2. CONTEXTUALIZACIÓN DEL PROBLEMA.................................................1
1.3. ANÁLISIS CRÍTICO.........................................................................................2
1.4. PROGNOSIS......................................................................................................2
1.5. FORMULACIÓN DEL PROBLEMA...............................................................2
1.5.1. PREGUNTAS DIRECTRICES......................................................................2
1.6. DELIMITACIÓN DEL PROBLEMA................................................................2
1.6.1. DE CONTENIDO...........................................................................................2
1.6.2. ESPACIAL.....................................................................................................2
1.6.3. TEMPORAL...................................................................................................2
1.7. JUSTIFICACIÓN...............................................................................................2
1.8. OBJETIVOS.......................................................................................................2
1.8.1. OBJETIVO GENERAL..................................................................................2
1.8.2. OBJETIVO ESPECIFICO..............................................................................2
2. MARCO TEÓRICO...........................................................................................2
2.1. ANTECEDENTES INVESTIGATIVOS.......................................................2
2.2. FUNDAMENTACIÓN FILOSÓFICA...........................................................2
2.3. FUNDAMENTACIÓN LEGAL.....................................................................2
2.4. CATEGORÍAS FUNDAMENTALES.........¡Error! Marcador no definido.
2.4.1. VARIACIÓN DE VELOCIDAD EN LA SOLDADURA DEL ACERO INOXIDABLE AUSTENÍTICO AISI 304 MEDIANTE EL PROCESO GMAW...2
2.4.1.1. DESCRIPCIÓN DE UN ACERO INOXIDABLE¡Error! Marcador no definido.
2.4.1.2. EL EFECTO DEL CROMO EN ACEROS INOXIDABLES.....¡Error! Marcador no definido.
22
2.4.1.3. LOS ACEROS INOXIDABLES AL CROMO....¡Error! Marcador no definido.
2.4.1.4. LOS ACEROS INOXIDABLES AL CROMO NÍQUEL...........¡Error! Marcador no definido.
2.4.1.5. EL EFECTO DEL MOLIBDENO........¡Error! Marcador no definido.
2.4.2. ACEROS INOXIDABLES.......................¡Error! Marcador no definido.
2.4.2.1. ASPECTOS GENERALES DE LOS ACEROS INOXIDABLES¡Error! Marcador no definido.
2.4.3. TIPOS DE ACEROS INOXIDABLES.....¡Error! Marcador no definido.
2.4.3.1. ACEROS INOXIDABLES MARTENSÍTICOS. ¡Error! Marcador no definido.
2.4.3.2. ACEROS INOXIDABLES FERRÍTICOS..........¡Error! Marcador no definido.
2.4.3.3. ACEROS INOXIDABLES AUSTENÍTICOS.....¡Error! Marcador no definido.
2.4.4. SOLDADURA GMAW............................¡Error! Marcador no definido.
2.4.5. PROCEDIMIENTO DE SOLDEO M. I. G. o M. A. G. ¡Error! Marcador no definido.
2.4.5.1. SOLDADURA SEMIAUTOMÁTICA M.I.G. o M.A.G............¡Error! Marcador no definido.
2.4.5.2. SISTEMA M.I.G...................................¡Error! Marcador no definido.
2.4.5.3. TRANSFERENCIA METÁLICA.........¡Error! Marcador no definido.
2.4.6. DISEÑO DE LAS JUNTAS.....................¡Error! Marcador no definido.
2.4.7. SELECCIÓN DE ELECTRODOS PARA ACERO INOXIDABLE¡Error! Marcador no definido.
2.4.7.1. DIAGRAMA DE SCHAEFFLER.........¡Error! Marcador no definido.
2.4.8. SOLDADURA..........................................¡Error! Marcador no definido.
2.4.9. MATERIALES.........................................¡Error! Marcador no definido.
2.4.10. INGENIERÍA MECÁNICA.......................................................................2
2.4.11. INCIDENCIA EN LA DEFECTOLOGÍA..............¡Error! Marcador no definido.
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2.4.11.1. TIPOS DE CORROSIÓN DE LOS ACEROS INOXIDABLES OCASIONADOS POR PROCESO DE SOLDADURA........¡Error! Marcador no definido.
2.4.11.1.1. CORROSIÓN INTERGRANULAR. ¡Error! Marcador no definido.
2.4.11.1.2. CORROSIÓN BAJO TENSIÓN.......¡Error! Marcador no definido.
2.4.11.1.3. CORROSIÓN GALVÁNICA...........¡Error! Marcador no definido.
2.4.11.1.4. CORROSIÓN POR PICADURA......¡Error! Marcador no definido.
2.4.11.1.5. DAÑO POR CAVITACIÓN.............¡Error! Marcador no definido.
2.4.11.1.6. CORROSIÓN POR CONTACTO.....¡Error! Marcador no definido.
2.4.11.1.7. CORROSIÓN POR FATIGA............¡Error! Marcador no definido.
2.4.12. ENSAYO DE MATERIALES..................¡Error! Marcador no definido.
2.4.13. PROBLEMAS DE METALURGIA........¡Error! Marcador no definido.
2.4.14. INGENIERÍA DE MATERIALES.............................................................2
2.5. HIPÓTESIS.....................................................................................................2
2.6.1. TERMINO DE RELACIÓN............................................................................23. METODOLOGÍA...........................................................................................23.1. ENFOQUE......................................................................................................23.2. MODALIDAD BÁSICA DE LA INVESTIGACIÓN................................23.3. NIVEL O TIPO DE INVESTIGACIÓN.....................................................23.4. POBLACIÓN Y MUESTRA....................¡Error! Marcador no definido.3.4.1. POBLACIÓN.............................................¡Error! Marcador no definido.3.4.2. MUESTRA.................................................¡Error! Marcador no definido.3.5. OPERACIONALIZACIÓN DE VARIABLES..........................................23.6. RECOLECCIÓN DE LA INFORMACIÓN:..............................................23.7. PROCESAMIENTO Y ANÁLISIS:...........................................................23.7.1. PLAN QUE SE EMPLEARA PARA PROCESAR LA INFORMACIÓN RECOGIDA:........................................................¡Error! Marcador no definido.3.7.2. PLAN DE ANÁLISIS E INTERPRETACIÓN DE RESULTADOS:..............................................................................¡Error! Marcador no definido.
CAPITULO IV...............................................................¡Error! Marcador no definido.4. MARCO ADMINISTRATIVO....................¡Error! Marcador no definido.
4.1. RECURSOS..............................................¡Error! Marcador no definido.
4.1.1. RECURSOS INSTITUCIONALES.......¡Error! Marcador no definido.
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4.1.2. RECURSOS HUMANOS.....................¡Error! Marcador no definido.
4.1.3. RECURSOS MATERIALES................¡Error! Marcador no definido.
4.1.4. RECURSOS ECONÓMICOS..................................................................2
4.1.4.1. PRESUPUESTO....................................................................................2
4.1.4.2. FINANCIAMIENTO PRESUPUESTO................................................2
4.2. CRONOGRAMA....................................................................................2
4.3. BIBLIOGRAFÍA.....................................................................................2
4.4. ANEXOS.................................................................................................2
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