DESGASTE

Objetivo:

Interpretación, análisis y evaluación del desgaste que pueden sufrir partes de máquinas o elementos expuestos a un determinado trabajo, así como a la elección delos materiales o procedimientos que proporcionan protección contra el desgaste y como poder determinar las propiedades de los abrasivos y lubricantes.

Teoría.

El desgaste es un fenómeno superficial que consiste en el deterioro o desprendimiento de partículas que sufren las superficies en contacto de los cuerpos, a causa de la fricción a la que se hallan sometidos entre ellos o al medio ambiente. El desgaste es uno de los efectos más destructivos a que están expuestos los metales.

La diferencia en el desgaste de diversos materiales se debe por una parte a sus propiedades y por otra a las condiciones de trabajo.

Las propiedades de los materiales podemos fijarlas, en cierto modo, pero las condiciones de trabajo son muy complejas y es difícil separarlas en componentes par medir cada una; de aquí que no exista una prueba universal para medir el desgaste. Por otra parte no existe material que sea resistente al desgaste bajo toda clase de condiciones.

Por lo tanto los ensayos de desgaste, son muy importantes por considerarse que diferentes materiales efectúan trabajo continuo, por esta razón, se debe seleccionar y verificar el material más adecuado al uso que se le destine, además de poder dar un criterio de su vida útil de trabajo, muy importante al efectuar su mantenimiento.

Tipos de desgaste.

DESGASTE

Fricción o Rozamiento

1. Rodamiento con o sin lubricación.

2. Deslizamiento con o sin lubricación.

Los tipos de desgaste los podemos clasificar en:1. Metálico. El desgaste metálico es aquel que se obtiene en una superficie metálica debido a la

fricción o roce con otro metal.2. Abrasión. El desgaste por abrasión es aquel que se obtiene en una superficie debido a la fricción o

roce con un abrasivo metálico o no metálico.3. Erosión. El desgaste por erosión es aquel que se obtiene en una superficie debido a la fricción o

roce don líquidos o gases en movimiento. Generalmente la erosión va siempre acompañada de algún tipo de corrosión.

En realidad rara vez el desgaste es debido a una sola de las causas citadas y en la mayoría de los casos se presentan conjuntamente el desgaste metálico y la abrasión. Como en la práctica no se puede evitar totalmente el desgaste, se suele reducir a la utilización de un metal duro y otro relativamente blando, fabricándose con éste último la pieza cuya sustitución sea más económica (tal sucede por ejemplo con:

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cojinetes, chumaceras, rodamientos para flechas de transmisión de potencia, ejes ruedas, bandas de polea, balatas para frenos, etc.

Clasificación de desgaste.

I. Metal con metal.A. Fricción por deslizamiento.

1. Lubricada (mecanismo de cruceta, eje en el cojinete).2. Sin lubricación (frenado de las ruedas sobre un riel de ferrocarril).

B. Fricción por rodamiento.1. Lubricada (cojinetes o rodillos, engranajes).2. Sin lubricación (ruedas sobre un riel)

II. Metal con no metal o abrasivo.A. Fricción por deslizamiento.

1. Húmeda (transporte de arena húmeda en tornillo sin fin).2. Seca (reja de arado).

B. Fricción por rodadura.1. Húmeda (bolas y rodillos en los molinos).2. Seca (mandíbula de quebradora, rodillos de machacadora)

C. Impacto con abrasivo suelto.1. Húmedo (alabas de turbinas).2. Seco (chorro de arena)

III. Metal con líquido, vapores o gases.A. Vapores húmedo (turbinas, calderas).B. Gases de combustión (turbinas a gas).

Factores que influyen en el desgaste.

a) Tipo de material.b) Velocidad de trabajo.c) Carga aplicada.

Métodos de ensayo para resistencia al desgaste.

Para la determinación de la resistencia al desgaste existen muchos menos procedimientos de ensayos normales que para el resto de las características mecánicas de los materiales. Generalmente se admite que el establecimiento de un ensayo de desgaste "UNIVERSAL" no es factible. Por tanto, el equipo utilizado para llevar a cabo este ensayo debe ser tal que produzca lo más fielmente posible las condiciones reales de funcionamiento. Estos ensayos deben poder ser reproducibles, permitir clasificar los distintos materiales ensayados y su validez debe ser confirmada, de modo que, para poder seleccionar una máquina o un procedimiento, debemos saber el tipo de desgaste al que se tenga que hacer frente.

Por lo general la máquina que efectúa estos trabajos es el tipo esmeril rotativo. Un motor eléctrico a alta o baja velocidad (flecha principal o inferior), en ella va montada la probeta más resistente al desgaste, actuando como la piedra de un esmeril.

La flecha secundaria o superior es la portadora del material más sensible al desgaste, admitiendo tres velocidades de acoplamiento en el tren de engranes, permitiendo con esto la realización de 4 arreglos de desgaste.

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Arreglo A.- Movimiento motriz de la flecha principal al 100 %, la probeta en la flecha secundaria tiene un movimiento cercano al 100 %, con el mismo sentido tangencial inducido por la flecha principal.

Arreglo B.- Movimiento motriz de la flecha principal al 100 %, la probeta, la probeta en la flecha secundaria tiene un movimiento propio del 90 %, respecto a la principal con el mismo sentido tangencial, lo que ocasiona un 10 % de deslizamiento entre ambas piezas.

Arreglo C.- Movimiento motriz de la flecha principal al 100 %; la probeta en la flecha secundaria tiene un movimiento propio del 100 %, pero con sentido tangencial contrario, lo que ocasiona un doble deslizamiento.

Arreglo D.- Movimiento motriz de la flecha principal al 100%; la probeta solo en este caso se monta en la flecha principal (no hay flecha secundaria) y se coloca en contacto con un prisma de base cóncava, lo que provoca un deslizamiento de acción simple teniendo con esto aproximadamente el 50 % del deslizamiento del ensayo C.

Cálculos para el ensayo de desgaste.

Expresiones para determinar el desgaste (S) en porciento.a) Por peso:

(%)

Donde:

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S = Desgaste. W1 = Peso antes del ensaye. W2 = Peso después del ensayo.

Nota: Es necesario contar con una balanza.

b) Por medición de diámetros.

(%)

Donde: S = Desgaste. D1 = Diámetro antes del ensaye. D2 = Diámetro después del ensayo.

Nota: Es necesario un instrumento de medición adecuado.

c) Por medición del desgaste con el integrador.

(%)

Donde:

y

Di = Diámetro del integrador = 41.3 mm. nf = Cantidad de revoluciones = Se sugieren 100. Z2 = Lectura del integrador después de girar la probeta n revoluciones. Z1 = Lectura del integrador antes de girar la probeta n revoluciones. D1 = Diámetro de la probeta antes del ensaye. D2 = Diámetro de la probeta después del ensaye.

Expresiones para determinar el coeficiente de fricción y el trabajo de desgaste.

Coeficiente de fricción.

De la figura 4 se tiene que:

(cm – kg) ( 1 )

( en kg)

Sustituyendo el valor de "F" en la expresión (1) se tiene:

(cm – kg)Donde:

(Adimensional)

Siendo: M = Momento torsional (cm -Kg).

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F = Fuerza friccional. (Kg) r = Brazo de palanca de la probeta (cm) = Coeficiente de fricción (adimensional) E = empuje radial (Kg)

Trabajo de desgaste.

(kg – cm)

Siendo: n = Número de revoluciones del integrador = M = Momento torsional. l2 y l1 = Lecturas efectuadas en el contador del disco integrador.

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Protección contra el desgaste.

Actualmente se dispone de infinidad de materiales y procedimientos que proporcionan protección contra el desgaste. La elección de un material y procedimiento determinados requiere un análisis completo de las condiciones reales de servicio, como es:

La aplicación y limitaciones del procedimiento, material elegido y costo que supone su aplicación. La carencia de datos tecnológicos que permiten efectuar comparaciones obliga a que el ingeniero o técnico encargado de la selección de materiales que deban resistir el desgaste, reúnan una buena dosis de buen juicio.

Técnicas para evitar al máximo el desgaste.

Además de la lubricación, las diversas técnicas utilizadas para proteger superficialmente los metales contra el desgaste son las siguientes:

a) Recubrimientos electrolíticos.b) Oxidación anódica.c) Difusión.d) Metalizado.e) Recargues con metal duro.f) Tratamiento térmico selectivo.

a) Recubrimientos electrolíticos:

La resistencia al desgaste de una pieza metálica se puede mejorar mediante un recubrimiento de su superficie electrodepositando otro metal más duro. Los metales más comúnmente empleados para proteger los materiales base con: cromo, níquel y radio. Para reducir el desgaste de los materiales plumbiferos se han utilizado recubrimientos de indio.

Industrialmente, se utilizan dos tipo de cromando conocidos como cromado duro y cromado poroso. El cromado duro es el mismo que se efectúa con fines, aunque la película depositada es de mucho mayor espesor. En el cromado poroso la película de cromo cuenta en su superficie con una serie de canales o alvéolos cuidadosamente controlados, destinados a contener el lubricante.

El término de cromado poroso puede inducir a error, ya que por debajo de la superficie especialmente preparada el material no es más poroso que la película ordinaria de cromo duro. Otro factor que contribuye a reducir el desgaste es el bajo coeficiente de rozamiento de la lámina de cromo. Otra propiedad interesante de la lámina de cromo es la resistencia que opone a ser rayada y así las piezas de acero cromadas y de ajuste forzado pueden montarse y desmontarse multitud de veces sin que se agarroten o rayen.

En el niquelado, la dureza de la capa de níquel varía de 140 a 425 cifras Vickers. La capa de níquel es mucho más blanda que la capa de cromo, pero en muchos casos tiene la dureza necesaria para el fin perseguido y es más económico su empleo. Las piezas niqueladas pueden sufrir el acabado final a dimensiones por mecanizado, mientras que las cromadas tienen que ser modificadas.

La dureza de la capa de radio se encuentra comprendida entre 540 y 640 cifras Vickers, y su resistencia al desgaste está comprendida entre la de la capa de níquel y la de cromo. Este material se caracteriza por un gran poder de reflexión, elevada resistencia al calor y brillo inempañable junto con una buena dureza y resistencia al desgaste. El empleo de éste metal para el recubrimiento de los reflectores utilizados en los focos luminosos de gran intensidad, de los contactos eléctricos y de los anillos colectores y conmutadores de los motores.

b) Oxidación anódica.

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En el anodizado, se hace actuar como ánodo el metal a proteger y sobre el se depositan las capas de óxido. Como las capas formadas en el último lugar se depositan siempre pegadas al metal base, para que el proceso pueda realizarse, las capas de óxido formadas con anterioridad deben ser algo porosas para permitir el paso de los iones de oxígeno.

El anodizado de aluminio es simplemente un medio que nos permite formar una capa de óxido de mucho más espesor que la que se obtiene exponiéndole al aire libre. En la industria aeronáutica, muchas piezas, tales como pistones hidráulicos, engranajes, levas, tuercas, juntas de rótula y obturadores de fricción de fabrican de aluminio con revestimiento duro.

La producción de una superficie dura resistente al desgaste, mediante el sistema de oxidación anódica, ha servido para aumentar mucho las aplicaciones del magnesio y de sus aleaciones. La oxidación anódica también se utiliza para preparar la superficie de los metales, de tal modo que la pintura se adhiera fuertemente.

El anodizado con zinc produce un revestimiento cuya resistencia al desgaste es superior a las de las películas de cromatos.

c) Difusión.

Para aumentar la resistencia al desgaste de los metales se utilizan también diversos procedimientos basados en la difusión de algún elemento en al zona superficial. Estos sistemas son los siguientes:

1. Cementación.2. Cianuración o carbonitruración.3. Nitruración.4. Cromización.5. Siliciuración.

1. Cementación.- ste procedimiento de endurecimiento superficial es uno de los más antiguos y económicos, y consiste en colocar las piezas normalmente de aceros bajos en carbono con contenidos iguales o inferiores a 0.20 %, en presencia de una atmósfera que contiene una gran cantidad de óxido de carbono. La temperatura normal de cementación es de 925°C. La profundidad de la capa cementada puede medirse con la ayuda del microscopio, utilizando un ocular micrométrico.

En la práctica la cementación puede realizarse con cementantes sólidos, líquidos o gaseosos. Si el medio cementante es sólido, la pieza a tratar se coloca en el interior de una caja cerrada, rodeada completamente por el cementante. El conjunto se calienta a la temperatura adecuada durante el tiempo requerido para que se realice la cementación y después se enfría lentamente.

Este procedimiento presenta el inconveniente de no poder trabajar con grandes series, debido a que es un procedimiento en que la carga se efectúa fundamentalmente por lotes. Las mezclas cementantes comerciales suelen estar formadas normalmente por terrones o trozos relativamente gruesos de un compuesto constituido por carbón vegetal, coque y un 20% aproximadamente de un activador tal como el carbono bárico, de tal modo que al cerrar la caja queda en su interior aire suficiente para que se forme óxido de carbono. Los principales inconvenientes de los cementantes sólidos son la gran duración del calentamiento de las piezas en las cajas, así como de desamar éstas, y la dificultad de templar directamente las piezas desde la temperatura de cementación.La cementación gaseosa puede realizarse de manera intermitente o continua, y se presenta más al posterior tratamiento térmico. Las piezas se colocan en contacto con gases ricos en óxido de carbono, y con hidrocarburos tales como el butano, metano y propano. Asimismo, el gas natural constituye un buen cementante. Por lo general estos, se mezclan antes de entrar en el horno con cantidades determinadas de aire, el cual actúa como diluyente y proporciona el oxígeno necesario para la formación de monóxido de carbono, a partir de los hidrocarburos. En relación con los cementantes sólidos, la cementación con gases

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presenta las ventajas siguientes: un menor costo, un trabajo más limpio, un control de calidad más estrecho y una mayor flexibilidad en la realización de procesos.

En las piezas cementadas la capa superficial, de muy pequeño espesor, suele tener un contenido de carbono elevado (1.2%), lo que puede ser causa de la aparición de grietas superficiales en el templo. En la cementación con atmósfera gaseosa se logra disminuir el contenido de carbono de la superficie a los valores deseados, mediante un periodo de difusión, durante el cual se corta el suministro de gas, aunque se mantiene la temperatura. Este periodo sirve también para que las piezas salgan más limpias, ya que durante el tiempo que no fluye el gas, se elimina de ellas el carbón depositado.

La cementación en medio líquido se realiza en un baño de sales fundidas que contienen hasta un 20% de cianuro sólido (NaCN), el cual proporciona carbón y nitrógeno. La capa cementada obtenida por este procedimiento esta compuesta en su mayor parte por carbón y solo en una fracción muy pequeña por nitrógeno. Las temperaturas normales a que se realiza este tratamiento están comprendidas entre 870 y 950°C. Utilizándose principalmente en la obtención de capas cementadas de hasta 0.75 mm de profundidad, siendo su principal limitación el costo de las sales cementadas.

2. Cianuración o carbonitruración.- La cianuración es un procedimiento utilizado para endurecer superficialmente los aceros aleados y el carbón mediante la formación de una capa dura de poco espesor, elevada dureza y buena resistencia al desgaste. Este tratamiento se efectúa por inmersión del acero en un baño fundido con un contenido de cianuro sódico de aproximadamente el 30% y a temperatura comprendidas entre 787 y 870°C, seguida normalmente por un temple en agua. La cianuración se diferencia de la cementación en baño de sales en la composición y carácter de la capa dura, pues mientras que en la cianuración ésta tiene un elevado contenido de nitrógeno, y bajo de carbón, en el caso de la cementación ocurre exactamente lo contrario. La cianuración es muy empleada en el endurecimiento superficial de piezas pequeñas. Como los espesores que alcanza la capa en los tiempos normales de inmersión (de hasta de una hora), no exceden de 0.25 mm, la elevada dureza que se obtiene no es achacable solamente a la concentración del carbono. Lo que ocurre es que el nitrógeno, de una manera análoga al carbón, se combina también con el hierro formando unas agujas de nitruro de hierro, de tamaño submicroscópico, que contribuyen a dar a la capa cianurada la elevada dureza que presenta.

En la carbonituración, llamada también cianuración gaseosa, se logra lo mismos efectos que en la cianuración, utilizando una mezcla formada por amoniaco y por hidrocarburos en estado gaseoso. Este procedimiento se utiliza principalmente como sustantivo de la cianuración por su bajo costo.

3. Nitruración.- En este procedimiento, las piezas a tratar se colocan en una caja cerrada a través de la cual se hace pasar durante toda la operación una corriente de amoniaco, manteniéndose al conjunto a una temperatura comprendida entre 480 y 620°C. Al calentarse el amoniaco a esas temperaturas, se disocia parcialmente en nitrógeno e hidrógeno. El nitrógeno penetra a través de la superficie del acero y se combina con el hierro y elementos de aleación formando nitruros. Con este tratamiento se consiguen durezas elevadísimas que no se obtienen por otros procedimientos de endurecimiento superficial, alcanzándose en la capa dura de los aceros durezas superiores a 70 Rockwell C, actualmente se ha desarrollado un tipo especial de aceros aleados, denominados aceros de nitruración, con un contenido de 0.25 a 0.50% de carbono y aluminio, cromo y molibdeno de hasta 3%, especialmente adecuados para sufrir este tratamiento. Los procesos de nitruración son muy largos (con un proceso de 50 horas se obtiene una capa nitrurada de un espesor aproximado de 0.381 mm); y rara vez se utilizan para la obtención de capas duras de espesor superior a 0.500 mm, por ser la temperatura de nitruración inferior a la temperatura critica del acero, las variaciones dimensiónales o las deformaciones que se produzcan serán muy pequeñas. Los objetos que se desean nitrurar son siempre templados y revenidos a temperaturas superiores a 593°C (superiores por tanto a la temperatura de nitruración) antes de la nitruración para que el núcleo central quede con el máximo de tenacidad. Muchas piezas se tratan mecanizadas totalmente e incluso rectificadas. Los principales inconvenientes de este procedimiento son la fragilidad de la capa dura y su costo,

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que en relación con la cementación es más elevado. La nitruración encuentra gran aplicación en la fabricación de piezas tales como: calibres, levas, válvulas, etc.

4. Cromización.- La cromización consiste en la introducción de cromo en la zona superficial del metal base. Este sistema no es exclusivo de los metales ferrosas, pudiéndose aplicar al níquel, cobalto, molibdeno y tungsteno para mejorar su resistencia al calor y a la corrosión.

Cuando se aplica al hierro o al acero, la zona superficial se transforma en una capa de acero inoxidable. Si el acero contiene cantidades apreciables de carbono (superiores al 0.6%) precipitarán carburos de cromo aumentando la resistencia al desgaste. La realización práctica del proceso de cromización más utilizada esta basada en el principio de ka cesión del cromo presente en fase gaseosa a temperaturas elevadas, comprendidas entre 1000 Y 1100°C, estas temperaturas elevadas pueden ocasionar alguna distorsión y el crecimiento del grano durante el tratamiento. Los aceros altos en carbón cromizados tienen una dureza comprendida entre 800 y 1000 cifras Vickers y un coeficiente de rozamiento bajo. Este sistema se emplea para aumentar la resistencia al desgaste de las estampas utilizadas en los martillos de caída, en la fabricación de herramientas, etc.

5. Siliciuración.- La silicuración consiste en la impregnación con cilicio de los materiales ferrosos. Este proceso se realiza a temperaturas comprendidas entre 926 y 10008°C, y el metal cuya resistencia al desgaste se desea aumentar se calienta en contacto con otro material portador de silicio, tal como el carburo de silicio, utilizándose gas cloro como catalizador. La profundidad de la capa productiva varia de 0.127 a 2.54 mm, según al contenido de carbono del material base, y esta formada en esencia, por una solución sólida de siliciuro de hierro, con un contenido en silicio de aproximadamente del 14%. Las capas que se obtienen son difíciles de mecanizar pese a que su dureza es de solamente de 80 a 85 Rockwell B. El aumento de resistencia al desgaste que se logra con la siliciuración es debido a su bajo coeficiente de rozamiento y a la resistencia que opone a ser rayado. Este sistema se ha utilizado para aumentar la resistencia al desgaste de ejes de bombas, camisas de cilindros, accesorios de las industrias químicas, etc.

d) Metalizado.

El rociado con metal líquido pulverizado o metalizado se ha venido utilizando desde hace muchos años para recuperar aquellas piezas inútiles, por estar fuera de dimensiones por defecto o para reparar las superficies desgastadas. Su empleo se ha incrementado al encontrarle una gran aplicación en la lucha contra el desgaste.

El metalizado de realiza por lo general mediante una herramienta especial o pistola a la que se alimenta automáticamente, a una velocidad determinada, un alambre metálico. La pistola cuenta también con una serie de toberas por las que fluye el aire, oxígeno y un gas continuo, formándose alrededor del extremo del alambre una llama de elevada temperatura y gran velocidad.

Esto origina la fusión del extremo del alambre, y las partículas líquidas metálicas son proyectadas contra la superficie a recubrir por la llama.

Al chocar la superficie, las partículas líquidas sufren un aplastamiento y adoptan la forma de círculos irregulares distribuidos. Al mismo tiempo y debido a la velocidad que llevan, se introducen en los poros e irregularidades superficiales dando lugar a que establezca algún tipo de unión mecánica con el material depositado con anterioridad. El enfriamiento es muy rápido, y sobre la superficie de las partículas depositadas, expuestas al contacto con la atmósfera, se forma una finísima capa de óxido. La naturaleza de estos óxidos determina en gran medida las características físicas de la capa depositada. Los metales que forman óxidos densos y tenaces, que se caracterizan por presentar buenas propiedades físicas, como el acero al cromo, el bronce de aluminio o las aleaciones de silicio - aluminio, dan lugar a una capa metalizada de resistencia relevante elevada. Los metales que forman óxidos sueltos y friables, como ocurre con los latones y el cobre, producen recubrimientos de poca resistencia.

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Para que los metales pulverizados se adhieran bien al material base se han desarrollado diversos procedimientos. Uno de los más utilizados consiste en pulverizar sobre el material una capa adhesiva de aproximadamente 0.025 a 0.075 mm, de espesor, la cual forma una fina película aleada. El molibdeno se adhiere a casi todos los tipos de acero y a otros muchos metales y aleaciones, pero no así el latón, cobre, bronce o aceros nitrurados. Otros procedimientos destinados a favorecer la adherencia de! revestimiento suponen la preparación de la superficie mediante el chorreado con abrasivos o bien por un acabado superficial basto. El procedimiento "Fusebond" esta basado en la formación sobre la superficie una capa basta y porosa de níquel, la cual constituye un soporte excelente del revestimiento metálico, aunque presente el inconveniente de no poder emplearse sobre latón, bronce o cobre.

Las aleaciones más importantes utilizadas para alimentar la resistencia al desgaste y aplicadas por pulverización son el acero inoxidable tipo al acero cromo níquel inoxidable tipo 304, el monel del acero de 0.1 % a 0.8% de carbono, el bronce de hierro-aluminio, calibres de tampón, etc. El revestimiento de acero inoxidable o mone! se emplea en los ejes de turbinas. Algunas piezas de los motores diesel, tales como cigüeñal, bloques de cilindros, ejes de levas y vástagos de las válvulas se metalizan con molibdeno acero inoxidable o aluminio para aumentar su resistencia al desgaste.

La resistencia al desgaste de los metales depositadas por pulverización generalmente es muy buena, pero el metalizado no es muy recomendable en los casos en que el material haya de estar sometido en servicio a grandes choques, o a una fuerte abrasión o cuando vayan a actuar sobre él cargas muy localizadas. Donde más adecuada es la utilización del metalizado es en casos en que las piezas estén sometidas a un desgaste por abrasión pequeño, cuando se presenta el fenómeno de lubricación en la capa limite o cuando se desea dotar a materiales base baratos de una superficie al desgaste o a la corrosión.

e) Recargues con metal duro.

Con este nombre se conoce a la formación por recargue con soldadura sobre la superficie de los metales de una capa dura resistente al desgaste. Este procedimiento es relativamente sencillo de aplicar, necesitándose solamente varillas de soldadura de la aleación que se vaya a utilizar en el recubrimiento y una llama oxiacetilénica o un arco eléctrico. Las ventajas que presenta este procedimiento son la posibilidad de aplicarlo a zonas localizadas sometidas a desgaste, la variedad de compuestos duros resistentes al desgaste que se pueden utilizar y el empleo efectivo de aleaciones costosas y la formación de una capa protectora profunda.

El material de recargue se utiliza bajo la forma de electrodos o de varillas de soldadura, empleándose generalmente desnudas en la soldadura oxiacetilénica y recubiertas de un revestimiento fusible en la soldadura al arco eléctrico. El revestimiento esta compuesto por materiales diversos los cuales estabilizan el arco, protegen el metal fundido de la oxidación, rebajan la temperatura de fusión de las impurezas, proporcionan un aislamiento térmico y eléctrico y controlan el paso del metal a la pieza. La soldadura oxiacetilénica presenta sobre la soldadura al arco la ventaja de producir depósitos de metal más uniformes y situados con una exactitud mayor, siendo las velocidades de calentamiento y enfriamiento menores en la primera que en la segunda. La soldadura al arco eléctrico resulta más económica, puede realizarse con mayor rapidez y se presta más por sus características al empleo de equipo automático. Los recargos metálicos realizados por este procedimiento presentan generalmente un aspecto mucho más basto, tienen mayores posibilidades de ser porosos y son propensos a la aparición de grietas por los bruscos gradientes originados en el calentamiento y enfriamientos rápidos.

Existe un gran número de aleaciones de características muy diferentes las cuales pueden utilizarse en ambas clases de soldadura.

La aleación de níquel y los aceros inoxidables son los que presentan mayor resistencia a la corrosión, mientras que los contenidos altos en cromo favorecen la resistencia a la oxidación y a la erosión. Los cuerpos compuestos por carburo de tungsteno son los que presentan mayor resistencia a la abrasión. Las aleaciones de cobalto están indicadas cuando las piezas han de trabajar a temperaturas elevadas y finalmente, los aceros martensíticos reúnen una buena resistencia al choque con una buena resistencia a la abrasión.

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Como la tenacidad es inversamente proporcional al contenido de carbón, variando dentro de cada grupo el contenido en este elemento, se obtiene una amplia gama de aleaciones con diferente tenacidad.

Los aceros perlíticos pueden utilizarse bien como material de recargue o como material base para un posterior recargue. Los aceros austeníticos al manganeso son muy tenaces y se endurecen rápidamente bajo la acción de choques. Esta aleación se utiliza como base para el recargue debido a su tenacidad, pudiéndose utilizar también como material de recargue depositándola por capas.

f) Tratamiento térmico selectivo.

Estos tratamientos comprenden el endurecimiento por llama y el endurecimiento por inducción. En esencia estos procedimientos son temples superficiales cuyo objeto es producir una capa dura sobre un núcleo relativamente tenaz.

Endurecimiento superficial por flama.- Consiste en templar determinadas zonas de las piezas, calentándolas rápidamente y enfriándolas inmediatamente en agua o en un chorro de aire. Las piezas se pueden calentar bien con un soplete oxiacetilénico, bien en instalaciones más complejas, en las que automáticamente se verificará el calentamiento, temple y movimiento de la llama. Como se calienta solo una pequeña pare de las piezas, prácticamente no se producen deformaciones. Las piezas a tratar se suelen templar revenir antes, con el fin de que el núcleo adquiera las propiedades deseadas. Aunque este procedimiento se presenta más para aplicarlo en las piezas de sección uniforme, se utiliza también en el caso de grandes piezas que por su volumen no pueden ser introducidas en hornos de temple. Este procedimiento se utiliza para aumentar la dureza superficial y resistencia al desgaste de los bulones de los pistones, ejes, engranes grandes, levas e instrumentos manuales.

Endurecimiento superficial por corriente de inducción.- En principio este procedimiento es similar al anterior, caracterizándose ambos por ser procedimientos de temple superficial que se realiza sin que varié la composición química del acero. Se aplica principalmente por corrientes de alta frecuencia, en la que el primario está constituido por varias espiras de tubos de cobre por cuyo interior circula agua de refrigeración durante la operación. Cuando a través de las espiras del primario pasa una corriente alterna de alta frecuencia se crea un campo magnético alternativo, el cual da lugar al nacimiento en el acero de corrientes "Foucalt" y ciclos de histéresis. La resistencia que oponen el material al paso de estas corrientes origina la transformación de la energía en calor, produciéndose el calentamiento de la pieza. En el endurecimiento superficial por corrientes de inducción encierra gran importancia el hecho que las corrientes de alta frecuencia se desplacen por la superficie del conductor conociéndose este hecho con el nombre de efecto peculiar. La profundidad total a la que penetra el calor depende tanto de la frecuencia empleada, como del tiempo durante el cual puede transmitirse el calor hacia el interior por conducción.

Por este procedimiento el calentamiento es sumamente rápido, cuestión de segundos, cortándose la corriente una vez terminado y templándose inmediatamente la pieza al ser enfriada por unos chorros de agua.

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Instrumentos de la máquina de desgaste.

a) Resorte calibrado, que mide el empuje radial entre las dos probetas.b) Cuenta ciclos, para medir la cantidad de vueltas que da la flecha principal.c) Dinamómetro de péndulo, mide el momento del par de torsión debido a fricción. Se combina con una

escala recta de cuatro rangos (dos por cada cara).d) Tambor de autográficas, traza la gráfica de momentos de torsión debido a la fricción contra el

número de ciclos o trayectorias de recta equivalente. El trazo del momento se obtiene por el movimiento lineal de un tubo dentado, impulsado por la excéntrica del péndulo. El tambor gira por hallarse conectado a la flecha.

e) Mecanismos integrados, da el valor del trabajo desarrollado en el desgaste. El tubo dentado lleva en su extremo libre, montado un tambor graduado con un disco de apoyo tangencial, ambos coaxiales, deslizando radialmente sobre un platillo horizontal cuyo eje de rotación se conecta a la flecha.

Accesorios para ensayos especiales. con la misma máquina de desgaste.

1. Embudo con agitador reciprocante, para verter en el algún polvo abrasivo que cae sobre las probetas activando su desgaste. Ensayos abrasivos.

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2. Cubeta con cadena transportadora, depositando en la cubeta un aceite lubricante. Montándose la cadena en la flecha principal y pasa dentro del lubricante, arrastrándolo y dispersándolo (salpicando) sobre las probetas, con lo cual disminuye el momento del par de fricción. Ensayándose el aceite.

3. Válvula de riego, conecta una manguera y ésta a un tanque almacenador, riega las probetas con un líquido acidulado o agua salada para obtener el efecto de la corrosión. Si el riego de efectúa con aceite soluble o algún líquido refrigerante podremos ensayar refrigerantes.

4. Balancín de calibración, se coloca en la flecha inferior en un lugar de la probeta respectiva, estando girando hacia atrás del cabezal secundario, se aplica un contrapeso adecuado, moviendo el volante, hasta que la palanca del balancín vuelva a la posición horizontal y en tal posición la indicación del torque debe corresponder al momento estático aplicado, (el brazo de palanca mide 25 mm), siendo así la máquina calibrada.

5. Excéntrica de movimiento longitudinal, conectado con la flecha, produce desplazamiento horizontal oscilante de la probeta superior con su cabezal, para que cuando las dos probetas que se hallen trabajando no tengan el mismo espesor, no se presentan incrustaciones de la más delgada sobre la más gruesa. En caso contrario el cálculo de desgaste serpia más complejo.

6. Excéntrica de movimiento vertical, con acoplamiento similar al anterior, esta excéntrica produce elevaciones periódicas del cabezal secundario interrumpiendo cíclicamente el contacto de las probetas activas, imitando el caso de piezas deformadas con el desgaste y que gira con trepidaciones.

Método de ensaye.

Fricción de probetas en rotación:

1. Preparación de la probeta (dos probetas).a) Maquinar dos discos de 10 mm de espesor y de 30 a 50 mm, de diámetro, barrenando en el

centro de cada uno, un orificio de 16 mm de diámetro.b) Pulir su periferia a espejo y aislar sus costados lo más que sea posible. c) Marcar el número

de serie que les corresponde (con número de golpe). d) Conservar limpias las superficies de las probetas.

2. Información previa.a) Identificar la naturaleza de los materiales de las probetas.b) Determinar si tiene algún tratamiento.c) Por la naturaleza, tratamientos y durezas, tabular sus propiedades correspondientes que

dan las tablas de propiedades mecánicas promedio.d) Investigar si se han ensayado materiales semejantes en condiciones similares y cuales han

sido los resultados.e)

3. Preparación de la máquina.a) Retirara de la máquina todo lo que se tenga y que no se utilice inmediatamente.b) Disponer cerca de la máquina una mesa para colocar herramientas, probetas, instrumentos

y materiales a emplear.c) Aflojar el tornillo del cerrojo que une a presión las probetas superior e inferior.d) Extraer el perno de la bisagra del cerrojo.e) Retirar el cerrojo.

Nota: Al ir retirando las piezas, deben irse acomodando en orden sobre la mesa.

Ensayo de desgaste por abrasión.

1. Consideraciones de la probeta y abrasivo.a) Consideraciones de la probeta y abrasivo.b) Identificación deseada de la probeta.

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c) Velocidad deseada en la probeta (estacionaria 10% de deslizamiento o velocidad duplicada.d) Movimientos alternativos, vertical, horizontal o ambos.e) Obtención de dureza por penetración.f) Seleccionar el valor de empuje radial con el resorte calibrado.

2. Preparación de la máquina.a) Observar que estén desconectados el cable y su clavija, el interruptor del motor y el

interruptor de línea.b) Abatir hacia atrás el cabezal superior.c) Acondicionar las excentricidades de los movimientos alternativos, graduando sus

amplitudes.d) Montar el abrasivo con sus empaques, en la flecha principal y la probeta en la flecha

secundaria.

3. Ajuste de los instrumentos.a) Conectar la clavija, el interruptor de línea y la protección termomagnética.b) Elevar el péndulo a su mayor altura y sostenerlo así.c) Conectar el motor en baja velocidad (giro a la izquierda).d) Desconectar el motor.e) Bajar el péndulo lentamente.f) Ajustar el cerrojo y el resorte, al valor del empuje requerido.g) Volver a cero las escalas del integrador o escribir la lectura inicial.h) Anotar las lecturas del cuenta vueltas de la flecha principal.i) Apoyar la plumilla sobre el papel.j) Volver a levantar y sostener el péndulo.k) Conectar el motor a la velocidad requerida.l) Tomar datos del torque, revoluciones, presión y tiempo.

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