Desgaste abrasivo

Desgaste Abrasivo Concepto: Se define como la acción de corte de un material duro y agudo a través de la superficie de un material más suave. Tiende a formar ralladuras profundas cuando las partículas duras penetran en la superficie, ocasionando deformación plástica y/o arrancando virutas, es el más común en la industria.

El desgaste abrasivo es un fenómeno que se presenta en la mayoría de nuestros procesos productivos. Los metales sufren los efectos de las partículas abrasivas que provocan pérdidas sensibles en los mismos. La acción de esta partícula es tanto mas intensa, como intensa sea la productividad del proceso y por ello está también en función de la forma, tamaño y tipo de partícula así como la estructura del material. El desgaste se mide en su método mas común por la perdida de peso que experimenta el material después del ensayo. Así como por los métodos comparativos puede determinarse la influencia de la composición química y la estructura en la resistencia al desgaste abrasivo y dependiendo del tipo de máquina de ensayo, pueden usarse las mezclas de arena y sílice sola o de polvo de esmeril. Estos agentes externos deben ser controlados en una serie de parámetros como son:

1. Grado de compacticidad en las mezclas
2. Humedad
3. Tamaño de las partículas abrasivas.
4. Forma, entre otras.

El desgaste de un material puede calcularse además por métodos planimétricos en los que interesa no solo la comparación entre un material y otro, sino también la influencia de la forma y el diseño del elemento a ensayar. Este método planimétrico consiste en proyectar en una pantalla a escala ampliada el perfil del elemento a estudiar, y se determina así la perdida de material sufrida.

Mecanismos básicos del desgaste abrasivo

Existen dos mecanismos básicos del desgaste abrasivo:

Mecanismo de microcorte

Si la penetración de la aspereza o partícula abrasiva sobre pasa cierto valor crítico; si la dureza de las partículas abrasivas es superior a la del material y si se sobrepasa el límite de rotura del material se produce el microcorte de las capas superficiales; generando partículas de desgaste (Fig.1).

• h/R > 0.1 s _c > s _rot H_a > H_m ....(1)

Mecanismo de deformación plástica (macrodeformación)

Si las tensiones de contacto son inferiores al límite de rotura; si el grado de penetración esta por debajo del valor crítico se produce las deformaciones plásticas trayendo por consecuencia el rayado o raspado de las superficies en dirección arbitraria; no se genera partículas de desgaste (Fig.2).

• h/R £ 0.1 s _y < s _c < s _rot .....(2)

Tipos de desgaste abrasivo

En dependencia del elemento abrasivo; su grado de libertad; el tipo de unión de rozamiento; la relación de dureza abrasivo-material; etc se presentan diferentes tipos de desgaste abrasivo.

Desgaste contacto - abrasivo

• Por microcorte.
• Por deformaciones plásticas.

Desgaste contacto - abrasivo por microcorte

Se produce cuando las asperezas del cuerpo penetran en el cuerpo blando una magnitud superior a un valor crítico. Se caracteriza por la generación de partículas de desgaste en forma de limallas o virutas.(Fig.1)

• k = 2*10-1 - 10-3.
• Ih = 10-7 - 10-2.
• e* = 103 - 10 N-m/mm3.
• t n = 103 - 10-2 MPa.

Desgaste contacto - abrasivo con deformaciones plásticas

Se produce cuando h/R no cumple la relación establecida en la expresión (3). Se caracteriza por el rayado de la superficie, sin desprendimiento de partículas de desgaste (Fig.2). En este caso:

• Ih = 10-9 - 10-4;

• e* = 105 - 10² N-m/mm3;

• t n= 103 - 10-2 MPa

Desgaste contaminante - abrasivo

• En masa abrasiva

Mecánico - química

Mecánica.

• De tres cuerpos.

Desgaste en masa abrasiva forma mecánico - química

El desgaste en masa abrasiva es característico de máquinas u equipos de la agricultura; de la industria de materiales de la construcción; de equipos de la construcción civil. La forma mecánico - química se produce cuando la relación dureza material - abrasivo cumple la siguiente condición:

• Hm/Ha > 0.6 ....(4)

Durante esta forma se producen deformaciones plásticas, oxidación de las capas deformadas y destrucción de las mismas. Los parámetros que identifican esta forma son:

• Profundidad de la capa destruida h £ 0.2 mm
• Velocidad de desgaste W' < 0.5 µm/h
• Densidad de energía aparente e* = 106-105 N-M/mm3

Desgaste en masa abrasiva forma mecánica

Se caracteriza por la penetración de la partícula abrasiva en la superficie del cuerpo; pudiendo presentarse los dos mecanismos de desgaste abrasivo. Se produce cuando Hm/Ha < 0.6 y se identifica con los siguientes parámetros:

• Profundidad de la capa desgastada h =< 20 mm.
• Velocidad del desgaste. W' = 0.5 - 50 µm/h
• Densidad de energía aparente e* = 10² - 10 N-m/mm3

Desgaste abrasivo de tres cuerpos

Es propio del desgaste de uniones de rozamiento en las cuales ha penetrado partículas abrasivas procedentes del medio o cuando las partículas de desgaste no tienen posibilidad de salir de la unión. Se conoce también como abrasión de alta presión. Se ha establecido que la resistencia al desgaste abrasivo de tres cuerpos es:

• WD = M _ (H1 + H2) (5)

Si se varía la dureza de uno de los materiales (H1 ó H2) de la unión de rozamiento varia la WD; los mayores desgaste se producen cuando H1 ˜ H2. La concentración de partículas en la unión de rozamiento influye en la magnitud del desgaste; así se tiene:

• k = 7× 10-3 - 5*10-4 = alta concentración de partículas.

• k = 5× 10-4 - 10-5 = baja concentración de partículas.

Enlaces Externos

• Desgaste
• DESGASTE - CDIGITAL

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.