Fatiga superficial
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Fatiga Superficial. El desgaste por el mecanismo de fatiga es el resultado de esfuerzos cíclicos entre las asperezas de dos superficies en contacto. El coeficiente de fricción es factor determinante, ya que al estar las superficies lubricadas la adhesión es mínima, pero en sistemas con altos coeficientes de fricción, tendremos zonas de intensa deformación muy cercanas a la superficie, creando grietas superficiales y sub-superficiales. La teoría del desgaste por fatiga superficial fue planteada por Kragelski en 1952 y ha sido desarrollada por él y sus colaboradores.
De acuerdo al estado tensional - deformacional de las capas superficiales se distinguen dos tipos de desgaste por fatiga: Desgaste por fatiga de alto número de ciclos y desgaste por fatiga de bajo número de ciclos.
Sumario
Clasificaciones del desgaste por fatiga
Desgaste por fatiga de alto número de ciclos
Se produce cuando las capas superficiales de los cuerpos en contacto están deformadas elásticamente.
El número de ciclos que lleva a la producción de partículas de desgaste se conoce como "número de ciclos crítico- elástico" (nE).
La tensión friccional t f se determina según la siguiente expresión:
t f = b f Pr
ß - Coeficiente que se toma igual a:
b = 2 materiales de alta elasticidad.
b = 3 materiales frágiles.
El exponente de la curva de fatiga (t) de pende del tipo de material.
La intensidad lineal del desgaste varia en el rango de
Ih = 10-13 - 10-7; la densidad de energía aparente
e* = 109 - 106 N-m/mm3; el número de ciclos para la fatiga
nk= 105 - 108.
Desgaste por fatiga de bajo número de ciclos
Se presenta cuando se producen deformaciones plásticas en las asperezas en contacto. Este tipo de desgaste esta presente en la mayoría de los elementos de máquinas y se hace mas evidente durante el periodo de asentamiento.
El número de ciclos a los cuales surge la fatiga plástica se calcula según:
La deformación unitaria a tracción (Et) se obtiene de los diagramas tensión - deformación para 5 % de elongación. La deformación unitaria producto de la fricción (Ef) se calcula:
Ef = C f tg q donde C = 0.01 - 0.05; y q = 5 - 10° ángulo de inclinación de las asperezas.
Los parámetros que caracterizan este tipo de desgaste son:
Ih = 10-7 - 10-5.
e* = 106 - 104 N-m/mm3.
np = 10² - 104.
Un tipo de desgaste por fatiga superficial muy difundido en las transmisiones dentadas (engranes); cojinetes de rodamiento; levas; etc. se conoce con el nombre de "picadura".
Mecanismos Básicos de Desgaste por fatiga en Sistemas Lubricados
Esta comienza con la reducción del régimen de lubricación y una pérdida de la película normal de lubricante. La película de lubricante disminuye de fluida a límite o mixta. Entonces ocurre el contacto el metal-metal o una fricción por deslizamiento. Se genera daño sobre la superficie. Los puntos más elevados de las asperezas en la superficie del metal se eliminan lo que en principio da la apariencia de una superficie mate o esmerilada. Esto no es un desplazamiento, como en adhesión. Este tipo de daño de la superficie es generalmente visible magnificándola de tres a cinco veces.
El daño a la superficie es acompañado con la carga cíclica de los elementos rodantes sobre la pista. Esto crea micro-grietas ásperas y micro-desconchado. Las grietas comienzan en la superficie y migran hacia abajo dentro del metal. Un pestaña de metal es creada en la superficie la cual flexiona en el borde de la superficie de la grieta. Esto crea un borde mecanizado en frío de un color más claro. La grieta se propaga y puede interceptar con el metal, liberando un pedazo de metal de la superficie. Desgaste en hojuelas, picado mecánico y micro-picado son otros nombres usados para describir el desconchado.
La fatiga de la superficie también puede ocurrir como resultado de una deformación plástica . Las partículas contaminantes en el aceite entran en el área de contacto rodante de mayor carga entre el rodamiento y la pista, o entre los dientes de los engranajes causando alguna forma de daño a la superficie, como por ejemplo una hendidura. Un manejo inadecuado de los rodamientos puede causar un daño superficial similar.
Estas hendiduras de fondo redondeado a menudo tienen como una especie de pestaña levantada alrededor de sus bordes. Esta pestaña de metal actúa como un punto donde se incrementa la carga y el esfuerzo, o crea un régimen reducido de lubricación (mixta o límite), lo que conduce a una disminución de la vida útil de la superficie por fatiga. Mejoras en el proceso de filtración reducen la deformación plástica, y de ahí que indirectamente reduzcan la ocurrencia de falla por fatiga. Es de hacer notar que el término “contacto por fatiga” no es usado por ISO. Este es un término vago algunas veces usado para describir ambas formas de fatiga. No especifica si el daño por flexión del metal comienza en la sub-superficie o por algún daño inicial en la superficie. Abarca cualquier cambio en la estructura del metal causada por la repetición de cargas concentradas a escala microscópica en la zona de contacto entre los elementos rodantes y la pista, y entre los dientes de los engranajes.
Enlaces Externos
Fuentes
- Martínez, P.F. 1996. La tribología, ciencia y técnica para el mantenimiento, Limusa
- Rabinowicz, E. 1995. Friction and Wear of Materials. Second edition. John Wiley & Sons.
