Protección contra el Desgaste Hardfacing

El desgaste de las piezas metálicas puede ser definido como una perdida gradual del metal ocurrida en un cierto tiempo y mediante algún mecanismo que actúa sobre esta. Cuando la pieza o una parte de la misma se deforma y desgasta de tal manera que no puede trabajar adecuadamente, debe ser reemplazada o reconstruida. Mientras que los resultados finales producidos por el desgaste son similares, las causas que los producen son diferentes, por lo tanto es esencial entender dichos mecanismos involucrados antes de realizar la selección del material de recargue a utilizar.El recargue antidesgaste en la capa superficial tiene por objeto, no solamente reconstituir la pieza usada, sino también aumentar su resistencia. El metal depositado es, entonces, diferente al metal base.

Estos recubrimientos se efectúan en:a) En una pieza nueva, en las dimensiones deseadas para que, después de recubierta y trabajada, puedan obtenerse las dimensiones exigidas para la pieza (recargue preventivo)b) En una pieza usada que se desea volver a poner en servicio, después de haberla revestido de un metal mejor capaz de resistir el desgaste posterior (recargue de reparación)El interés que representa el recargue antidesgaste se explica fácilmente. En la actualidad, el constructor dispone de una abundante selección de aceros y aleaciones especiales capaces de constituir piezas de toda especie destinadas a trabajar en condiciones muy severas. Sin embargo, estos materiales son cada vez más caros, muchas veces de una elaboración compleja y, en general, insuficientemente dúctiles para poder construir enteramente las piezas de que se trata. Por consiguiente, limitando su empleo a aquellos lugares especialmente sujetos al desgaste, es decir, recargando localmente por medio de estas aleaciones especiales aceros ordinarios baratos y dúctiles, se llega a una solución mucho más económica, al mismo tiempo que se reducen los tiempos muertos necesarios para la sustitución de la pieza usada.Los electrodos antidesgaste se clasifican generalmente según la dureza del metal que depositan (Brinell, Rockwell o Vickers) No obstante, hay que tener en cuenta que la dureza sólo da una indicación muy relativa de la resistencia al desgaste. Un metal depositado más duro que otro puede resultar menos resistente al desgaste, dependiendo de la exposición a uno o varios de los siguientes factores: rodamiento, deslizamiento, abrasión, choques repetidos, erosión, corrosión y cavitación, entre otros. También se puede dar que recargues que presenten la misma dureza, a menudo registren comportamientos disímiles. Lo que está claro es que una aleación con mayor porcentaje de carburos, más duros y mejor distribuidos es la que presenta la mejor resistencia a la abrasión, tanto de bajo

como de alto esfuerzo. Otro aspecto que hay que tener presente al momento de la selección del recargue, es que el desgaste abrasivo puede tener lugar en ambiente frío o caliente, siendo este último caso la situación más extrema.

La abrasión es el mecanismo más común entre las distintas causas que producen desgaste en las piezas metálicas, aunque en la mayoría de los casos se presente una combinación de dos o más factores.La complejidad del fenómeno exige entender muy bien los mecanismos involucrados antes de seleccionar el material de recargue capaz de reconstituir una pieza desgastada. Para ello, en el siguiente artículo conoceremos los tipos de abrasión, además de entregarle algunas consideraciones en cada uno de ellos.Sería fácil seleccionar una aleación de recargue si todos los componentes metálicos estuvieran sujetos solamente a un mecanismo de desgaste, pero, usualmente, se produce una combinación de dos o más factores. Esta situación hace que la selección de la aleación sea más complicada, por lo que se aconseja elegir el mismo recargue en una situación de compromiso entre cada uno de los diferentes mecanismos de desgaste. El análisis inicial debe centrarse en el proceso de desgaste principal y, luego, se deben considerar los secundarios.Los mecanismos de desgaste primarios y secundarios se encuentran distribuidos en la industria en las siguientes proporciones:Mecanismo de desgaste Proporción de casos (%)Abrasión 50Adhesión 15Altas temperaturas 8Corrosión 5Otros 22Como el mecanismo de abrasión es el de mayor interés en la industria, lo describiremos en todas sus clases con el fin de diferenciarlas claramente.

Abrasión de bajo esfuerzoEn general, es el tipo de abrasión menos severa. Las piezas se desgastan debido a la acción del desgarro repetido que producen las partículas duras y afiladas que se mueven por la superficie del metal a velocidades variables. La velocidad, la dureza, el filo del reborde, el ángulo de ataque y el tamaño de las partículas abrasivas se combinan para influir sobre el efecto de la abrasión.Las aleaciones que contienen carburo de cromo se utilizan exitosamente para resistir el desgaste por abrasión de bajo esfuerzo, por lo tanto, los electrodosque poseen este elemento son los más recomendados.Los componentes típicos sometidos a abrasión de baja tensión incluyen implementos agrícolas, tornillos sinfín, clasificadores, toberas de bomba de pulpa, equipos de proyección de arena, canaletas y ductos de transporte de material abrasivo.

Abrasión de alto esfuerzoEs más intensa que el simple desgarro y ocurre cuando pequeñas y duras partículas abrasivas son presionadas contra una superficie metálica con suficiente fuerza como para fracturar la partícula hasta triturarla. Generalmente, la fuerza de compresión la proporcionan dos componentes metálicos con el elemento abrasivo aprisionado entre ellos. La superficie se pone áspera producto del desgarro, lo que puede provocar grietas superficiales.Los componentes comúnmente sometidos a este tipo de abrasión son las barrenas, palas excavadoras, molinos pulverizadores, molinos de bolas, rodillos trituradores, entre otros.Los productos que mejor resisten este mecanismo de desgaste son los recargues austeníticos al manganeso, y las aleaciones que contienen carburos de tungsteno en una matriz tenaz.

Abrasión por desgarramientoCuando la abrasión de alto y bajo esfuerzo va acompañada de algún grado de impacto y carga, el resultado del desgaste puede ser extremo. En la superficie del metal se producen severas deformaciones y surcos cuando objetos macizos, a menudo rocas, son presionados fuertemente en su contra.Los componentes que suelen sufrir este tipo de abrasión son las palas mecánicas, los baldes tipo concha de almeja, las chancadoras de pera y las chancadoras de mandíbula.Cuando existe abrasión por desgarramiento, generalmente, se utilizan aleaciones de carburo de cromo, sobre una base de material tenaz, preferentemente de acero al manganeso austenítico.En el caso, muy frecuente, del desgaste por abrasión, la naturaleza de la materia abrasiva (su dureza, su fragilidad, el grosor y la forma de sus granos) influye decisivamente en el comportamiento del depósito y, por consiguiente, en la elección de la categoría del electrodo.Por lo tanto, salvo que se trate de un caso clásico en el que un producto ya ha demostrado su utilidad, el ensayo de la pieza en servicio, después de recargada, será únicamente lo que permita deducir si un electrodo conviene o no para una aplicación determinada.

RESUMENPor diversas causas, las piezas metálicas sufren un desgaste gradual que dificulta su funcionamiento adecuado. La reparación de este proceso se conoce como recargue antidesgaste, lo que, además de la reconstitución de la pieza usada, tiene por objeto aumentar su resistencia.En términos generales, lo primero que debe tenerse en cuenta al momento de seleccionar el material de recargue, es identificar el proceso de desgaste principal.También hay que considerar que una aleación con mayor porcentaje de carburos, más duros y mejor distribuidos es la que presenta la mejor resistencia a la abrasión, tanto de bajo como de alto esfuerzo.

Tipos de DesgasteLa clasificación de los tipos de desgaste incluye factores mecánicos, térmicos y químicos:

1. - Desgaste por abrasión:Es una acción esmeriladora causada por sólidos abrasivos deslizantes que rozan y pulen una superficie:a) Abrasión pura o de baja tensión: Es el resultado de una acción de socavación provocada por pequeñas partículas, tales como arena, polvo o tierra.Una variación de este tipo de desgaste es la erosión, que ocurre cuando partículas arrastradas por un movimiento rápido de aire o líquido golpean el material. Un movimiento abrasivo produce virutas de metal. (ver figura No 5)b) Abrasión de alta tensión: Es un desgaste que agrega una fuerza de compresión a la abrasión de baja tensión. (ver figura No6)c) Abrasión por desgarramiento: Este desgaste combina la abrasión de alta tensión con impacto, produciendo deformación de plástica dentro del metal base. (ver figura No 7)

2. - Desgaste metal-metal:Se produce cuando dos superficies se rozan entre sí, generando de este modo calor, lo cual hace que irregularidades superficiales se unan para formar una soldadura en frío. Entonces, pequeñas porciones de la superficie se desgarran, lo que causa daños de importancia. (ver figura No 8)

3. - Desgaste por impacto:Es el resultado de una tensión de compresión momentánea. Afecta más a los materiales frágiles, produciendo una fractura o deterioro gradual. (ver figura No 9)

4. - Desgaste por temperatura:Influye sobre estructuras endurecidas por tratamiento térmico, reblandeciéndolas. Esto puede causar cambios de fase que incrementen la dureza y fragilidad, y puede acelerar el ataque químico, tal como la oxidación y exfoliación. (ver figura No 10)

5. - Desgaste por corrosión:Es el deterioro de un metal como consecuencia de una reacción química o electroquímica con el medio. (ver figura No 11)

ELECCIÓN DE ALEACIONES PARA EL RECUBRIMIENTO Y RECUPERACIÓN DE PIEZAS

Con el fin de determinar el tipo de aleación requerido para una aplicación determinada, se deben responder las siguientes interrogantes:

1. - ¿Qué proceso de soldadura se prefiere o es recomendable utilizar?2. - ¿Cuál es el metal a recuperar o recubrir?3. - ¿Cuáles son los factores o mecanismos de desgaste involucrados?

CLASIFICACIÓN DE ALEACIONES PARA EL RECUBRIMIENTO Y RECUPERACIÓN DE PIEZAS

1. - Aleaciones base hierro:Las aleaciones base hierro se pueden subdividir de acuerdo con su fase metalúrgica o microestructura. Cada tipo resiste ciertos tipos de desgaste en forma más económica y/o mejor que otros. Para simplificarlo, se agrupan las diferentes aleaciones en tres grandes familias, indicando además su principal propiedad:

1. - Aleaciones Austeníticas. (Impacto)2. - Aleaciones Martensíticas. (Desgaste Metal-Metal)3. - Aleaciones en base a Carburos. (Abrasión)

2. - Aleaciones base cobalto-cromo y níquel-cromo:Se usan habitualmente para aplicaciones donde exista alta temperatura y/o corrosión acompañada de abrasión e impacto. Los depósitos son excelentes superficies de protección, debido a sus propiedades antiexcoriación.

3. - Carburo de tungsteno:Este grupo consiste en carburo de tungsteno fundido en varias formas se consiguen depósitos más resistentes al desgaste por abrasión y eficiencia de corte sobre equipos de movimientos.

PROCESOS DE SOLDADURA PARA EL RECUBRIMIENTO Y RECUPERACIÓN DE PIEZAS

Los procesos de soldadura más usados para la recuperación y recubrimiento de piezas son: