13 Abrasion Erosion

Fundamentos de Tribologa Aplicada-Unalmed Julio 2008

Daro Yesid Pea BallesterosIng. Met. M.Sc Metalurgia

Ph.D en CorrosiPh.D en CorrosinnUISUIS--GICGIC--GTUISGTUIS

DESGASTE DE MATERIALES


Movimiento Resistencia del Aire

Fundamentos de Tribologa Aplicada-Unalmed Julio 2008Agua Movimiento

Geometra: Resistencia


Como se desplazan??

Cul es el Mejor??


Friccin Esttica:

El cuerpo sin movimiento.

La Fuerza aplicada es insuficiente para moverlo.

Fuerza AplicadaResistencia

a la Friccin

Peso = mg

Fuerza Normal

Interfase


Friccin Esttica:La relacin es la siguiente:

s = Fuerza de Friccin/Fuerza Normal

: Coeficiente de Friccin esttico.

Adimensional y generalmente vara entre 0 y 2. La ecuacin es:

f = s N


FnvF

Friccin = Fuerza que seResiste al Movimiento

Desgaste = Proceso que resulta en unaPrdida de volumen de Material

F = Fn

=> = F / Fn

W = Fn s

=> = W / ( Fns )

en un cierto momentoT1.

en un intervalo de tiempot0 - t1 ~ s1

s1

t0 t1

COEFICIENTE DE FRICCIN y VELOCIDAD DE DESGASTE


Ejemplo:Cual es el coeficiente de

friccin esttica entre una tabla y un bloque de 2 kg de madera, si se requiere de una fuerza de 2 N para empezar a mover el bloque?

Datos iniciales:m = 2 kg, Fuerza aplicada 2 N v = 0,s = ?


Ecuacin: f = N.Qu es N? En el nivel de la tabla, la fuerza normal

hacia arriba es igual al peso del objeto hacia abajo, es decir: N = W = mg.

Por lo que:f = mg o = f/mg = 2 N/(2 kg *9.8m/s2)

= 0.102


Friccin Esttica: Se incrementa

linealmente Para un par de

Superficies: La relacin de Fuerza Friccional Fuerza Aplicada es constante.


Ejemplo: Prdida de Peso en un Acero AISI SAE 1018: Deslizamiento y Carga Normal:


Cul Sistema debe tener alta o baja friccin?

Situacin Alta FriccinBaja

FriccinLlantas para Carro

Tobogn

Guantes de Portero

Cordones de Zapato

Cajn de ArmarioPatines para Hielo

Cuerda para Escalar


Botes

Peces

Submarino

Persona caminandoa travs del agua

Paracadas

Velas de Bote

Carro Aerodinmico

Dardo

No Contorne

ado:

Alta Resiste

nciaContorneado:

Baja Resistencia

rea Pequea:Baja Resistencia

rea

Grande:

Resisten

cia

Alta

Cajoneras

Patines sobrehielo

Toboganes

Guantes de Arquero

FrenosRugosa: Alta friccin Lisa: Baja friccin

Fuerza entre superficiesSlidas en mvto

LLantas

Resistencia del aguasobre un objeto que se mueve

en el agua

Resistencia del aire sobreun cuerpo que se mueve

en el Aire

Friccin: Fuerza


Deslizamiento??

Que sucede en laInterfase????


Friccin Superficies Lisas????


rea Original: Picos

Pulida: Casi Lisa

CepilladaAdhesivo:

Abrasivo:


Volver a lo BVolver a lo Bsico:sico:

DESGASTEDESGASTE

El grado de proximidad de dos superficies o sea su deformacin, depende de la probabilidad estadstica a medida que las superficies se separan en el plano horizontal durante el deslizamiento y tratan de acoplarse debido a las fuerzas de atraccin entre sus tomos.

Cuando se encuentran suficientemente cerca, los tomos se repelen y su tendencia natural es regresar a su posicin original.

DESGASTE

Un tomo se puede desprender y moverse a una distancia suficiente dentro del campo de otro tomo en la superficie opuesta donde encuentra una nueva posicin de equilibrio.

Esto es, los tomos de un cuerpo pueden ser extrados por los otros en la superficie opuesta. Segn Tomlinson este es el mecanismo de desgaste.

Mecanismo

Las superficies en contacto producen una situacin en que la carga se concentra en una banda angosta paralela en la que el metal est sujeto a grandes esfuerzos.

El miembro mas blando fluir plsticamente y el rea de contacto aumentar hasta un tamao de equilibrio proporcional a la carga aplicada.

Si ambos materiales son duros los puntos altos sern eliminados por algn mecanismo y de nuevo las ondulaciones superficiales adquirirn una apariencia plana a medida que se incrementa el rea de contacto real.

Entonces, las superficies han alcanzado un estado de equilibrio y se han acoplado (Burwell J T).

Se sabe que el flujo ms pronunciado de la superficie ocurre cuando principia el deslizamiento aun a cargas moderadas, provocando un incremento en la dureza de la interfase.

Debajo de la superficie tambin se forma una zona endurecida por trabajado y hay evidencia de que se forman xidos de alta adherencia que protegen las partes de la maquinaria de graves daos durante el servicio.


El desgaste por abrasin y la erosin son formas de desgaste causado por el contacto entre una partcula y material slido.

Desgaste abrasivo es la prdida de material por el paso de partculas duras sobre una superficie. El desgaste Erosivo es causado por el impacto de las partculas contra una superficie slida.

La cavitacin es causada por el impacto localizado de lquido contra una superficie durante el colapso de burbujas.

Abrasin y la Erosin, en particular, son las formas ms graves y rpidas de desgaste y pueden dar lugar a importantes costos si no se controlan adecuadamente.

ABRASIABRASIN de MATERIALES:N de MATERIALES:


Desgaste Abrasivo:Desgaste abrasivo se produce cuando un objeto slido se ha cargado contra las partculas de un material que tienen igual o mayor dureza.

Un ejemplo comn de este problema es el desgaste de las palas de maquinaria en movimiento excavando y moviendo tierra.

En la figura se observa el desgaste abrasivo entre dos cuerpos (a), y desgaste abrasivo de tres cuerpos (b).

Figura:

Ilustracin de las diferencias entre (a) abrasin por dos cuerpos, (b) abrasin por tres cuerpos y (c) erosin.

Figura. Desgaste y medidas de prdida de masa para muestras de cobre, aluminio y acero al carbono 0.2% (AISI 1020) sujetos a abrasin de dos cuerpos por partculas de carburo de silicio de 115 m: (a) variacin con la distancia de desplazamiento; (b) variacin con la carga normal. (Misra A and Finnie I, Wear 68, 41-56, 1981).

Resistencia al desgaste relativa para metales puros y aceros tratados trmicamente y work-hardened (crculos slidos) bajo condiciones de abrasin de dos cuerpos, graficados contra dureza de penetracin (Khrushchov M M, Proc. Conf. On Lubrication and Wear, Inst. of Mechanical Engineers, London, 1957, pp. 655-659).

Desgaste AbrasivoDesgaste Abrasivo

El trmino desgaste abrasivo se entiende generalmente como el dao a superficies deslizantes por la accin de partculas slidas presentes en la zona de rozamiento.

De acuerdo con ste, el desgaste abrasivo incluye el desgaste producido por las partculas que se desprenden durante el proceso de rozamiento.

Estas partculas son generalmente muy duras y pueden moverse libremente en la zona de rozamiento por uno de los elementos del par, actuando como microasperezas.

Las partculas pueden tener diferentes procedencias tales como minerales provenientes del exterior y que caen en la zona de rozamiento y tambin del desgaste de elementos de trabajo que interactan directamente con el abrasivo.

La accin mecnica de stas partculas sobre el material desgastado depende de la forma de las partculas, la relacin entre las propiedades mecnicas del material desgastado, de las partculas y de las cargas.

Entonces el desgaste abrasivo puede ser de diferentes: elstico, por fatiga o de microcorte.

El modelo ms simple del mecanismo de desgaste por micro-corte lleva una relacin entre la velocidad de desgaste y la presin igual a:

H H es la altura de la capa desgastada, LLsIsI es la trayectoria de friccin,ppaa es la presin nominal, kk es un factor de proporcionalidad y ppTT es el lmite de fluencia.

T

a

sI ppk

LH

=

Ec. 1

Si el desgaste de la muestra es comparado con un estndar HHststbajo condiciones donde la trayectoria de friccin y la presin nominal sean iguales, entonces el desgaste relativo E = HE = Hst st //H H ser proporcional al lmite elstico de la muestra, o sea E~pE~pTT.

Cambiando la dureza de un acero por la de temple y revenido se establece que:

EE00 y Hy H00 son la resistencia al desgaste y la dureza del acero en estado de recocido

HH es la dureza del acero tratado, yCC11 es una constante.

)( 010 HHCEE += Ec. 2

Consecuentemente el tratamiento trmico es una va efectiva para contrarrestar el microcorte.

En el caso del mecanismo de desgaste por fatiga, no slo el lmite de fluencia o la dureza son los aspectos esenciales.

La idea bsica para este criterio es que si los esfuerzos y deformaciones no alcanzan el valor crtico, entonces una sola accin del abrasivo no es suficiente para causar dao.

Es evidente, que la vida del abrasivo incluir criterios tales como el coeficiente de friccin, los valores lmites del esfuerzo (deformaciones) y las caractersticas de fatiga del material, ascomo EE y HH.

En el caso de las partculas abrasivas presentes en el proceso, hay que tener en cuenta factores como el radio de los ngulos agudos en las partculas que actan como microasperezas RR.

La dureza de la partcula y su relacin con la dureza del material.

El fenmeno del desprendimiento de material tiene lugar por el contacto fsico directo de dos superficies, de las cuales una es mucho ms dura que la otra.

Las irregularidades de la superficie dura se introducen en la superficie mas blanda, mediante el deslizamiento plstico del metal blando, alrededor de las irregularidades duras.

En presencia de un movimiento tangencial, la superficie dura se deslizar formando surcos en la superficie blanda y produciendo el desprendimiento de material de sta. Este proceso es comparable al de micro-corte.

El proceso de desgaste abrasivo est presente en la industria. Sin duda, ms del 50% de los casos de desgaste se lleva a cabo por mecanismos abrasivos.

En primer lugar, se acostumbra a hablar del desgaste de dos cuerpos y de tres cuerpos (Figura).

Por ejemplo, el desgaste de dos cuerpos ocurre frecuentemente durante el transporte de minerales triturados, y el caso de los tres cuerpos durante el procesamiento de minerales.

Figura. a) desgaste entre dos cuerposb) desgaste entre tres cuerpos

Tipos de desgaste abrasivo:

a. Por rayado (dientes de las palas de las excavadoras, recubrimientos de los molinos de martillos y otros).

b. Por aplastamiento (bolas de los molinos y otros).

c. Por erosin (paletas de los agitadores, toberas de los equipos de aspersin de arena, etc.)

Jrushov estudi que en un rgimen dado de desgaste, el volumen de metal desgastado V crece proporcionalmente a la carga NN y la trayectoria de friccin LL, o sea:

Cualquier reduccin en el valor de V estar condicionada a una disminucin del tamao del abrasivo o un mejoramiento superficial.

V ~ NL Ec. 3

Para comparar el desgaste abrasivo de diferentes materiales, se emplean los siguientes criterios cuantitativos:

a) El desgaste volumtrico VVww.

b) La resistencia al desgaste,

c) La resistencia relativa al desgaste:

mVE 1= Ec. 4

)()(

patrnEprobetaEEw = Ec. 5

La dependencia de la relacin entre la dureza del abrasivo HHaa y la dureza del metal HHmm, pueden dar lugar tres regmenes diferentes de desgaste abrasivo (figura):

1. Rgimen de desgaste dbil, si HHaa < H< Hmm ;

2. Rgimen de transicin, si HHaa HHmm;

3. Rgimen de desgaste severo, si HHaa > H> Hmm.

Figura. Regmenes de desgaste abrasivo.

Conclusin: Para disminuir el desgaste debido a un proceso abrasivo, la dureza del material debe ser mayor que la del abrasivo.

La condicin HHmm 1,3 1,3 Ha puede tomarse como criterio de una intensidad pequea de desgaste abrasivo.

Incrementar la dureza del material con respecto al abrasivo en ms de 1,3 veces no es conveniente, porque el aumento de la resistencia al desgaste es insignificante.

El diagrama de Jrushov refleja como vara la resistencia relativa al desgaste de diferentes grupos de materiales en funcin de su dureza HHmm, para las condiciones del tercer rgimen del desgaste abrasivo.

Figura. Variacin de la resistencia relativa al desgaste, en funcin de la dureza Hm.

En los experimentos se emple como abrasivo el corindn depositado electrostticamente, y aleaciones base plomo o estao (conteniendo arsnico) del tipo Babbit en calidad de patrn.

La dureza de los materiales se determin con el empleo de una punta piramidal de diamante.

Las conclusiones fundamentales de las investigaciones son las siguientes:

a) Los metales tcnicamente puros en estado de recocido y los aceros recocidos se caracterizan por una proporcionalidad entre la resistencia relativa al desgaste EEWW y la dureza HHmm:

mmetw HCE = Ec. 6

CC = 13.8 x10-3 Mpa-1

b) Los materiales no metlicos y los minerales tienen una relacin lineal entre la resistencia al desgaste y la dureza:

CC = 13 x10-3 Mpa-1

mmetw HCE = Ec. 7

c) El tratamiento trmico de los aceros de construccin (temple y revenido) aumenta la resistencia al desgaste abrasivo.

d) La resistencia relativa al desgaste de los materiales metlicos endurecidos en fro, mediante deformacin plstica, no depende de la dureza obtenida como resultado de ese endurecimiento.

Estos resultados muestran la gran importancia de la dureza de los materiales y otros factores metalrgicos en la resistencia al desgaste abrasivo.

Lneas de deslizamiento por la deformacin de un material plstico perfecto causado por el desplazamiento de una cua rgida en dos dimensiones de derecha a izquierda.

Pueden identificarse tres modos diferentes (a) corte (b) formacin de la cua (c) formacin de surcos.

El ngulo es llamado ngulo de ataque.

(Challn J M and Oxley P L B, Wear 53, 229-243, 1979).

(a)

(b)

(c)

DESGASTE POR DEFORMACINPLSTICA:

La figura muestra los campos de la lnea de deslizamiento para tres modos distintos de deformacin debido a una cua rgida en dos dimensiones (una partcula abrasiva idealizada) desplazndose sobre un material plstico y rgido de derecha a izquierda.

a) En la figura se muestra el modo de corte, en el cual el material es desviado a travs de la zona de corte y se mueve sobre la cara frontal de la partcula para formar una astilla.

c) En la figura se describe otro caso extremo: la formacin de surcos, en el cual un montculo de material deformado es empujado a lo largo de la partcula, de la misma manera como se produce una arruga a causa de un empujn a lo largo de una pieza de ropa sobre una mesa.

En la formacin de surcos, no se remueve material de la superficie; el material se levanta como un montculo que se mueve por debajo de la partcula.

Lo que distingue los dos modos es que en el caso del corte, el material se mueve sobre la cara frontal de la partcula, mientras que en la formacin de surcos este fluye por debajo.

b) El tercer modo de deformacin mostrado representa un comportamiento intermedio.

Puede ocurrir un deslizamiento limitado o una adhesin completa entre la cara frontal de la partcula y la parte levantada del material.

Figura. Modos de deformacin observados en el desplazamiento de una partcula dura esfrica penetrante sobre -bronce, un acero al carbono (0.45%) y un acero inoxidable austentico (AISI 304). La profundidad de penetracin de la esfera Dp determina el ngulo de ataque efectivo . (Hokkirigawa K and Kato, Tribology International 21, 51-57, 1988)

Figura. Distribucin de frecuencia del ngulo de ataque del contacto de partculas abrasivas (sin uso) malla 220 (70m). (Mulhearn T O and Samuels L E, Wear 5, 478-498, 1962).


MECANISMOS DE DESGASTE:MECANISMOS DE DESGASTE:Debris


Deformacin en la Sub-superficie:Deformacin Plstica

Challen J.M. 1979


Phillips K. 1975

Materiales FrMateriales Frgiles: Generacigiles: Generacin de Grietasn de Grietas


Vingsbo O. 1981

Desplazamiento de Material: Deformacinrepetida

Corte Transversal


Modos de Desgaste ABRASIVO:Modos de Desgaste ABRASIVO:

Modo dos Cuerpos

Corte

Corte


Tres Cuerpos:

Remocin de lasCapas Superficiales

Trayectoria


MODELOS ANMODELOS ANLITICOS DEL DESGASTE ABRASIVOLITICOS DEL DESGASTE ABRASIVO

1. La partcula abrasiva se modela como un Indentador rgido:

Desgaste Total en m3

E. Rabinowicz. 1965

Nota: Todo el material desplazado por el cono es removido de la superficie

dypb


K. Zum Ghar. 1988

2. El Material Removido se desplaza en la Superficie:2. El Material Removido se desplaza en la Superficie:


Donde:

La cantidad de Desgaste Abrasivo es igual a la sumadel desgaste Dctil y Frgil


Si la Partcula Abrasiva no es Angular:No hay prdida de Material

Trayectoria

Slo deformacin

DebrisAngular

Redondeada


Existen tres diferentes Modelos para describir el dao de una partcula angular sobre una Superficie Dctil:

Dependen del regmenes de Desgaste y Friccin

Aplica a superficies suaves o lisas

Baja friccin, la superficie es deformada plsticamente

Se forma una ondulacin

Luego es eliminada por las mismas partculas

Proceso de fatiga

1. Modelo de Formacin de Ondulacin:Rubbing Model


Coeficiente de Friccin

2. Modelo de Remocin de Ondulacin:Wear Model

Una ondulacin es deformada plsticamente

Se forman partculas de desgaste

Luego es eliminada por las mismas partculas

Altas Velocidades de Desgaste y Friccin

Aplica a superficies Lisas**


3. Modelo de Formacin de Chips:

Mecanismo de Microcorte

El Material se remueve en forma de Chips

Aplica a superficies Rugosas


VariaciVariacin del Coeficiente de Friccin del Coeficiente de Friccin en los tres Modelosn en los tres Modelos

Challen 1979

Coeficiente deAdhesin Interfacial


ABRASIVIDAD DE LAS PARTCULAS:


Dureza de las Partculas


Efecto de la Fragilidad yDuctilidad de las partculas

Swanson 1985

Tamao y Geometra:


Hamblin 1995


H. Sin 1979

Efecto del Dimetro del Abrasivo y la Presin de Contacto:


Resistencia al Desgaste Abrasivo de los Materiales:

Kruschov M.

Material de controlMaterial de Prueba

Figura. Resistencia a la abrasin dos cuerpos (1/velocidad de desgaste de volumen) de varios materiales contra la dureza (Zum Gahr K-H.)

A

b

r

a

s

i

v

e

w

e

a

r

r

e

s

i

s

t

e

n

c

e

Figura. Efecto de la estructura, tratamiento trmico y contenido de aleante en la relacin de la resistencia al desgaste de aceros vs. partculas de almina 90 m (Moore M A and Marshall D B).

Figura. Correlacin entre la velocidad de desgaste abrasivo de dos cuerpos (con abrasivo de carburo de silicio) y la dureza de varios polmeros y metales (Evans D C Lancaster J K).


Richardson R.

Ensayos de Laboratorio y Campo:


Resistencia al Desgaste Abrasivo de Aceros:

L. Xu

Cementita


Moore


EROSIN DE MATERIALES80


INTRODUCCIN

PROBLEMAS CON LA EROSIN:

Turbinas a Gas Procesos con Lechos Fluidizados Equipo Hidrulico Turbinas a Vapor

APLICACIONES: Limpieza con Chorro de Arena.


INTRODUCCIN

Factores que afectan la Erosin de Materiales:

Condiciones del Flujo del Fluido

Propiedades de la Partcula Erosiva

Propiedades de la Superficie

La dureza de las partculas involucradas en la erosin influye en la velocidad de desgaste:

Las partculas con una dureza ms baja que la de la superficie causan menor desgaste que las partculas con una dureza mayor.

Cuando las partculas son mucho ms duras que la superficie su valor exacto de dureza no es importante.

Propiedades de la PartPropiedades de la Partcula: cula: Dureza, Forma y TamaDureza, Forma y Tamao.o.

1. Partculas Duras

Veloc

idad

de

desg

aste

de

volum

en

relat

ivo

contr

a la

raz

n de

la du

reza

del

abra

sivo

en

relac

in

a la

supe

rficie

(H a/H s

) par

a un

rang

o de

partc

ulas

abra

sivas

met

licas

y

cerm

icas

en

abra

sin

de

dos

cuer

pos.

Las velocidades de desgaste llegan a ser mas susceptibles a la relacin de la dureza abrasiva Ha, que a la dureza de la superficie Hs cuando Ha/Hs es menor de ~1.

La razn de este comportamiento se entiende analizando los mecanismos entre una partcula discreta y una superficie plana.

Si la superficie del material fluye plsticamente hasta que excede su mximo punto de fluencia, el flujo plstico significativo ocurrir en la superficie cuando el contacto alcance tres veces su tensin YY en una direccin (axial).

Esta presin de contacto es la dureza de penetracin (indentation hardness) de la superficie, y depende en cierto modo de la forma detallada de la partcula.

La penetracin plstica de la superficie ocurrir como una carga normal sobre la partcula, que se incrementa si dicha partcula es capaz de mantener su presin de contacto sin deformarse.

Si la partcula falla por fluencia o fractura antes de que la presin alcance los ~3Y~3Y, habr una deformacin plstica sobre la superficie casi insignificante.

Ilustracin del contacto entre una partcula de arena bajo una carga normal y una superficie plana. (a) Si HHaa es mayor que ~1.2 H~1.2 Hss, la partcula penetrar la superficie; (b) si HHaa es menor que ~1.2 H~1.2 Hss, ocurrir sobre la partcula una fluencia plstica y se despuntar.

Para una partcula esfrica presionada contra una superficie plana, la presin de contacto mximo est alrededor de 0.8 veces de dureza de penetracin del material de la partcula.

Una esfera de dureza HHaa causa penetracin plstica en una superficie de dureza HHss si HHss es menor que ~0.8 H~0.8 Haa; esto es, si HHaa/H/Hs s > 1.25> 1.25.

Partculas de arena abrasiva de cualquier forma causarn deformacin plstica slo si HHaa/H/Hs s > 1.2> 1.2. La abrasin bajo condiciones donde HHaa/H/Hs s < 1.2< 1.2, se le conoce como abrasiabrasin n suavesuave, en contraste con la abrasiabrasin dura n dura en donde HHaa/H/Hs s > > 1.21.2.

Comparacin de

dureza de

penetracin (medida

por los

mtodos de

Vickers o

Knoop)

con el

nmero de

dureza de

Mohs para

10 minerales

estndar. (Bowden

F P

and Tabor

D,

1964).

Es necesario un mnimo de dureza para que un material sea capaz de rayar a otro, esto proviene de las bases fsicas de la escala de dureza propuesta por el austriaco Mohs en 1824.

Mohs asign nmeros de dureza enteros a una secuencia de 10 minerales y con cada uno se rayara a los otros que estuvieran por debajo de ste en la escala.

La escala de Mohs es alrededor de 1.6 veces ms alto que el mnimo necesario para causar rayado.

Tabla 1Tabla 1

Tabla 1. ContinuaciTabla 1. Continuacinn

Tabla 1. Tabla 1. ContinuaciContinuacinn

El cuarzo (slice) es el contaminante abrasivo mas comn, y constituye casi el 60% de la corteza terrestre. Su dureza es de 800 kgf mm-2 (800 HV).

Incluso el acero martenstico tendr una dureza menor de 1.2 veces que el cuarzo, por lo que es claro que los aceros y metales no ferrosos son vulnerables al desgaste abrasivo y erosivo por partculas de cuarzo.

Los materiales que contienen fases duras, como los cermets (Un cermet es un material compuesto formado por materiales metlicos y cermicos) y aleaciones resistentes al desgaste tienen tambin constituyentes blandos.

Los materiales cermicos pueden ser partculas suficientemente erosivas y pueden conferir una resistencia al desgaste muy valioso cuando son usados como un componente de los materiales o como recubrimientos.

2. Forma de las part2. Forma de las partculasculas

La mayora de las partculas responsables del desgaste por erosin y abrasin son aproximadamente equidimensionales, pero pueden tener alguna variacin considerable en sus ngulos que depende de su naturaleza.

Las velocidades de desgaste dependen directamente de la forma de las partculas. Las partculas angulares causan mayor desgaste que las redondeadas.

La angularidad es difcil de definir. En la siguiente figura se puede observar la forma redondeada y angular del cuarzo.

Figura. Micrografas SEM de partculas de slice: (a) redondeadas y (b) angulares. (A. J. Sparks)

a b

Las diferencias en la forma de las partculas de esta magnitud pueden dar como resultado velocidades de desgaste diferentes de un factor de 10 o mayores.

La angularidad de las partculas abrasivas se mide muy pocas veces cuantitativamente.

Esta medida es complicada, debido a la dificultad de identificar, clasificar y cuantificar las caractersticas de una forma compleja en tres dimensiones que es responsable de su poder abrasivo.

Una de las descripciones ms simples de forma se basa en la medida del permetro y el rea de una proyeccin bidimensional de la partcula, generada por un microscopia ptica.

El factor de redondez FF puede definirse como la razn entre el rea actual de proyeccin AA, y el rea de un crculo con el mismo permetro PP de la proyeccin:

24P

AF pi=

Si F = 1 F = 1 la proyeccin es un crculo.

3. Tama3. Tamao de parto de partculacula

Los tamaos de las partculas abrasivas cubren un amplio rango.

Las responsables de la mayora del desgaste abrasivo y erosivo se encuentran entre 5 y 500 m, aunque los abrasivos para pulimentos pueden conformarse por partculas cuyo tamao es menor a una micra, mientras que el desgaste acanalado involucra objetos duros de diez o cientos de miles de micras.

Figura. Velocidades de desgaste del cobre bajo condiciones de desgaste por abrasin de dos y tres cuerpos y por erosin, por partculas de carburo de silicio de diferentes tamaos. (Misra A and Finnie I).

La cantidad de fuerza sobre un volumen muy pequeo de material, es mayor que el de un volumen ms grande, quizs por la dificultad de nucleacin o movimiento de las dislocaciones en un volumen pequeo.

El incremento de flujo de tensin local como de la escala de deformacin, se reduce, y permite una disminucin de las velocidades de desgaste debido a procesos plsticos y del efecto del tamao de partcula observado.


INFLUENCIA DE LA TEMPERATURAINFLUENCIA DE LA TEMPERATURA

Generalmente:

El aumento de la temperatura, incrementa la velocidad de erosin hasta un mximo, despus del cul, se disminuye debido al aumento del grosor del xido y la plasticidad: aumenta la resistencia del desgaste.


MECANISMOS DE REMOCIN: Materiales Dctiles

Figura. Dependencia tpica de la erosin sobre le ngulo de impacto (definido como el ngulo entre la direccin de impacto y la superficie). Hutchings.


K. Pool

Polmeros Reforzados y Acero al carbono:


Stachowiak

Mecanismos de Erosin

Figura. El proceso de penetracin de una partcula rgida dentro de una superficie plana de un material deformado plsticamente, en una incidencia normal. El contacto inicial ocurre en t = 0, y la partcula vuelve al reposo en el tiempo t = T

=d mUdxxHA0 221)(= d dxxAV 0 )(

HmUV2

2

=

HmUKmmr2

2

=mmr = masa de material removido

masa de material removido masa de partculas erosivas

que golpean la superficie

E =

Ecuaciones:

Dependencia tpica de la prdida de masa de la superficie sobre el total de masa de partculas erosivas que la han impactado.

Lnea (a) corresponde al comportamiento lineal de la erosin, sin incubacin.

El comportamiento con incubacin se observa en (b)


Representacin Clsica de la Erosinde Materiales



(1)

(2)

(3)

Tipos Bsicos de Dao en un Metal Dctil para Impactos de 30




Laminillas



Teoras: Fragmentacin de las Partculas

Erosivas Endurecimiento por Trabajado Fatiga a Bajos Ciclos Desgaste por Delaminacin Mecanismos de Extrusin Efectos por Temperatura debido a altas

Velocidades de Deformacin

Figura. Contacto geomtrico asumido en un modelo terico para la erosin de materiales dctiles por mecanismo de corte: (a) partcula en el contacto inicial y durante el impacto, (b) dependencia angular de f() predicha por la forma mas simple de la teora.

(Finnie I et al, Wear 48, 181-190, 1978)

(a) (b)

)(2

fHUK

E =

)(11 fHUK

En

=

)(1232/1

2

fH

UKE

c

=

nUE

Modelo ms Realstico:

Medida de la velocidad de erosin del cobre, a partir de un rango de diferentes investigaciones, graficado contra la velocidad de impacto (escala logartmica).(Ives L K et al)

Figura. Volumen de erosin para un rango de metales, graficados contra diferentes medidas de dureza: la dureza del metal templado, y la dureza de la superficie metlica despudespus de la erosis de la erosin. n. El test se desarroll con SiC malla 60, a 75 m/s, en un ngulo de impacto de 20. (Sheldon G L)



TEORIAS:

Discusin sobre el Microcorte Superficial:



Efecto Yunque

Levy: 1976



Mecanismos para la Remocin en un Material Dctil

Formacin de Cavidades y Grietas



Mecanismos para la Remocin en un Material Dctil


MECANISMOS DE REMOCIN: Materiales Frgiles

Formacin de una Grieta Hertziana:

Crecimiento de Grietas Laterales:

Materiales FrgilesMateriales Frgiles

Wenzik: 2002PyrexVerspui: 1999

Vidrio Borosilicato



Formacin de una Grieta Hertziana en un xido



Formacin de Grietas Lateralesen un xido y en un Material

Frgil



Formacin de una Grieta Hertziana

Figura. Dependencia de la velocidad de erosin sobre la fraccin de volumen de cobalto para cermets de tugnsteno carburo/cobalto erosionados (eroded) por un slurry (lodo) de 10 m de partculas de slice en aceite a 133m/s con un ngulo de impresin de 90.

(Wright I G et al, Proc. 7th Int. Conf. Erosion by Liquid and Solid Impact, Cavendish Laboratory, Cambrige, UK, 1987, paper 43)

Figura 46.

Dependencia de la velocidad de erosin sobre la fraccin de volumen de cobalto por una serie de cermets de tungsteno carburo/cobalto erosionados (eroded) por de partculas de slice suspendidas en aire de 100m a 40m/s con ngulos de impacto de 30y 90.

(Pennefather R C et al, Proc. 7th Int. Conf. Erosion by Liquid and Solid Impact, Cavendish Laboratory, Cambrige, UK, 1987, paper 60)

Figura 47.

Dependencia de la erosin (masa removida por unidad de masa erosiva -erodent-) sobre la velocidad de impacto sobre un caucho natural, erosionado por partculas de arena slice 120m con 30 de ngulo de impacto.

(Hutchings I M et al, J. Natural Rubber Research, 1992)


Simulacin del Contacto:Materiales Frgiles

Simulacin del Contacto:Materiales Frgiles

Shimizu: 2001


EROSIN DE MATERIALES CON MATRIZ METLICA:

Ha/Hs>1.2

Ha/Hs< 1.2

Camino Medio Libre

Fase Dctil

Fase Dura (Frgil)

PartculaErosiva

Propiedades del Sistema Tribolgico


DAOS EN LOS MMC:

ASM: 1998


MMCs Relacin entre el refuerzo y el tamao del

abrasivo.

Homognea: Cuando el abrasivo es muy grande y el impacto afecta un gran nmero de partculas del refuerzo.

Heterognea: Cuando el abrasivo es pequeo y el impacto afecta una de las dos fases.

Dependiendo del impacto, se puede decir que la remocin del material puede ser plstica o una combinacin de deformacin plstica y fractura frgil.


Pea-1997

MMCs


Relacin entre dureza del abrasivo y del material:

Existe deformacin plstica si la presin de contacto alcanza es tres veces el esfuerzo de cedencia del material (3Y).

Si el abrasivo se deforma antes de alcanzar el valor de 3Y, entonces el material sufrir una insignificante deformacin plstica.

Abrasin suave: Ha/Hs1.2

MMCs


MMCs


INFLUENCIA DEL PORCENTAJE DEL INFLUENCIA DEL PORCENTAJE DEL REFUERZO.REFUERZO.

El mecanismo de erosin est relacionado directamente con el porcentaje de fase dura en la matriz.

Bajos porcentajes de refuerzo conllevan a la deformacin plstica del material. Incrementos en el refuerzo conllevan a que el mecanismo de dao sea la fractura.

MMCs


Mxima resistencia al desgaste: Valores intermedios de dureza y tenacidad

Zum Gahr-1987


Kleis I.

Resistencia de Materiales:


Comparacin de los Mdulos Elsticos:


Batchelor

Polmeros

Influencia de la Humedad:


TRANSICIONES ENTRE LOS MECANISMOS DE EROSIN:

Comportamiento FrComportamiento Frgil a Dgil a Dctilctil

Principales Factores:

Tamao de la Partcula Erosiva Velocidad de Impacto Temperatura


Sheldon

Influencia del Tamao de Partcula del Erosivo sobreel Mecanismo de dao


TRANSICIONES ENTRE LOS MECANISMOS de EROSIN:

Vidrio Soda-Cal: Carburo de Silicio

Figura. Velocidad de erosin de AISI 52100 (1% C, 1.5% Cr) con diferentes microestructuras, como funcin del ngulo de impacto. Se emple partculas de SiCa 153 m/s.

(Gulden M E et al, Proc. 5th Int. Conf. Erosion by Liquid and Solid Impact, Cavendish Laboratory, Cambrige, UK, 1979, paper 31)


TRANSICIONES ENTRE LOS MECANISMOSDE EROSIN:

Cermico: Vidrio de Silicato


TRANSICIONES ENTRE LOS MECANISMOS DE EROSIN:


ENSAYOS ESTANDARIZADOS PARA DESGASTE POR ABRASIN

Y EROSIN


ASTM G190 - 06 Standard Guide for Developing and Selecting Wear Tests

D2266 Test Method for Wear Preventive Characteristics of Lubricating Grease (Four-Ball Method)D2670 Test Method for Measuring Wear Properties of Fluid Lubricants (Falex Pin and Vee Block Method)D2714 Test Method for Calibration and Operation of the Falex Block-on-Ring Friction and Wear Testing MachineD3702 Test Method for Wear Rate and Coefficient of Friction of Materials in Self-Lubricated Rubbing Contact Using a Thrust Washer Testing MachineD3704 Test Method for Wear Preventive Properties of Lubricating Greases Using the (Falex) Block on Ring Test Machine in Oscillating Motion


D4170 Test Method for Fretting Wear Protection by Lubricating GreasesD4172 Test Method for Wear Preventive Characteristics of Lubricating Fluid (Four-Ball Method)F732 Test Method for Wear Testing of Polymeric Materials Used in Total Joint ProsthesesG105 Test Method for Conducting Wet Sand/Rubber Wheel Abrasion TestsG117 Guide for Calculating and Reporting Measures of Precision Using Data from Interlaboratory Wear or Erosion TestsG118 Guide for Recommended Format of Wear Test Data Suitable for DatabasesG119 Guide for Determining Synergism Between Wear and Corrosion


G132 Test Method for Pin Abrasion TestingG133 Test Method for Linearly Reciprocating Ball-on-Flat Sliding WearG134 Test Method for Erosion of Solid Materials by a Cavitating Liquid JetG137 Test Method for Ranking Resistance of Plastic Materials to Sliding Wear Using a Block-On-Ring ConfigurationG163 Guide for Digital Data Acquisition in Wear and Friction MeasurementsG171 Test Method for Scratch Hardness of Materials Using a Diamond StylusG174 Test Method for Measuring Abrasion Resistance of Materials by Abrasive Loop Contact


G176 Test Method for Ranking Resistance of Plastics to Sliding Wear Using Block-on-Ring Wear Test-Cumulative Wear MethodG181 Practice for Conducting Friction Tests of Piston Ring and Cylinder Liner Materials Under Lubricated ConditionsG32 Test Method for Cavitation Erosion Using Vibratory ApparatusG40 Terminology Relating to Wear and ErosionG56 Test Method for Abrasiveness of Ink-Impregnated Fabric Printer RibbonsG65 Test Method for Measuring Abrasion Using the Dry Sand/Rubber Wheel ApparatusG73 Practice for Liquid Impingement Erosion TestingG75 Test Method for Determination of Slurry Abrasivity (Miller Number) and Slurry Abrasion Response of Materials (SAR Number)G76 Test Method for Conducting Erosion Tests by Solid Particle Impingement using gas jets.


G77 Test Method for Ranking Resistance of Materials to Sliding Wear Using Block-on-Ring Wear TestG81 Test Method for Jaw Crusher Gouging Abrasion TestG83 Test Method for Wear Testing with a Crossed-Cylinder ApparatusG98 Test Method for Galling Resistance of MaterialsG99 Test Method for Wear Testing with a Pin-on-Disk Apparatus


MIL

GRAC

IAS

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