DESGASTE ADHESIVO Presentado por:

Andrés Escárraga

Melissa Burgos

Will Piedrahita

UNIVERSIDAD DEL VALLE

Se presenta desgaste cuando un material es removido o desplazado por efecto de la interacción de las superficies de dos sólidos en contacto, que están sometidas a una carga y que se encuentran en movimiento relativo, este movimiento puede darse en una o varias direcciones. El desgaste es el resultado del arranque o desprendimiento de material a través de las áreas que se encuentran en contacto.

Desgaste

Tipos de desgaste

Los rugosimetros registran las irregularidades que se presentan en las superficies con diferentes magnitudes en las direcciones vertical y horizontal, siendo mayor normalmente la magnitud vertical. Debido a estas diferencias en las magnitudes los perfiles registrados no representan la realidad de las irregularidades presentadas por las superficies. La verdadera forma de las superficies consiste en picos con ángulos de inclinación respecto a la línea base de menos de 15°. Para la evaluación de los modelos de desgaste se debe considerar la diferencia entre la superficie registrada y la superficie real.

SUPERFICIES DE CONTACTO

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Áreas de Contacto Aparente y Real

Desgaste adhesivo

Curva típica de desgaste vs tiempo

El desgaste adhesivo invariablemente se asocia con la formación de uniones adhesivas en la interface. La fuerza de estas uniones depende en mayor grado de la naturaleza fisicoquímica de las superficies puestas en contacto. El volumen de material removido por el proceso de desgaste adhesivo puede ser estimado con el modelo propuesto por Archard. Donde V= pérdida volumétrica del material más blando después del deslizamiento a una distancia L a una carga normal a la superficie de desgaste P. H es la dureza Brinell del material más blando y K es el coeficiente adimensional de desgaste estándar

Definición

Etapa I. Asentamiento; no hay equilibrio en el proceso, representa solo una pequeña porción del tiempo total de operación del par deslizante y se caracteriza por seguir una función exponencial.

Etapa II. Es la más larga y estable del proceso y se caracteriza por su régimen de desgaste lineal.

Etapa III. Es la etapa de desgaste catastrófico; el régimen de desgaste es de incremento cte y se asume el volumen de material removido de la superficie como partículas de desgaste.

Microcorte y perturbación de la adhesión

La fricción y el desgaste de dos superficies sólidas en contacto y sin ningún tipo de lubricación dependen del tipo de irregularidades superficiales que se involucren.

Microcorte: se da cuando los esfuerzos de contacto en la deformación alcanzan valores tan altos que ocasionan daño en las condiciones del flujo del material deformado alrededor de la aspereza penetrante. En este caso tanto la velocidad, la temperatura como el medio juegan un papel importante.

Perturbación de la Adhesión: en esta etapa se aumentan los esfuerzos de contacto y se presentan las deformaciones que acompañan simultáneamente los procesos de fatiga.

Mecanismos de desgaste

La adhesión entre dos objetos ubicados uno junto al otro, no es observada, es tan pequeña que se hace invisible y se generan debido a capas contaminantes de oxígeno (capas de óxido), agua o aceite.

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La mayoría de los sólidos se adhieren al entrar en contacto con otro sólido. La atmósfera y la materia orgánica, también proporcionan capas contaminantes, las cuales evitan cualquier adhesión en objetos sólidos.

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Gracias al desarrollo de las tecnologías de alto vacío, fue posible observar el comportamiento tribológico de materiales convencionales en ausencia de elementos contaminantes. Entre los diferentes materiales en contacto los metales exhiben los cambios más dramáticos y por esta razón son los mas estudiados.

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Según la teoría este mecanismo puede explicarse por los siguientes procesos:

1. Dos superficies sometidas a presión experimentan altas presiones en pocos puntos de contacto (Sr) alcanzando tensiones de fluencia (σp≥ σy).

2. Lo átomos de los cristales de ambas superficies quedan a distancias intraatómicas sensibles a atracciones de enlace metálico.

3. El deslizamiento de las superficies sucede después de la fractura de la micro-soldadura.

4. El proceso sucede a una fracción de la superficie de contacto (n) por la acción de elementos contaminantes que impiden el contacto.

De acuerdo a la teoría de la adhesión el incremento del área de contacto resultara en una reducción de la presión normal. Entonces el incremento del área de contacto se presenta a lo largo de la fuerza tangencial.

Diagrama esquemático de la unión de una aspereza crecida bajo una fuerza friccional.

Mecanismos de desgaste

En la teoría de rozamiento cohesivo la fuerza de rozamiento es la necesaria para romper las micro-soldaduras que afectan la atracción (n) de la sección de contacto real (Sr = n*s) Sr = área real de contacto, s= área aparente.

La tensión necesaria para romper las micro-soldaduras es:

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Es evidente que cuando se mantiene cte el espesor del conjunto, la posibilidad de deslizamiento de una superficie frente a la otra viene definida por:

• Por la fractura (arranque) de las crestas que interfieren en el movimiento (desgaste).

• Por la deformación plástica de las crestas hasta permitir el paso de una frente a la otra (desgaste debido a la fatiga).

Cuando hay una fuerte adhesión, ocurre una transferencia del metal más blando al más duro.

Adhesión metal-metal

La fuerza de adhesión observada entre metales puede ser explicada por la transferencia de electrones entre las superficies en contacto, ya que los metales en contacto intercambian electrones y establecen un enlace entre las superficies. El material con mayor densidad de electrones dona electrones al otro material.

Modelo de intercambio de electrones de Jellium de un contacto adhesivo entre metales; X es equivalente a dimensiones atómicas, es decir menor de 1 nm.

Adhesión metal-metal

1 Se ha encontrado que los metales con estructura hexagonal compacta, presentan una menor adhesión comparados con otras estructuras cristalinas.

Estructura cristalina

Una elevada dureza y un gran módulo elástico del metal, también disminuyen el desgaste por adhesión.

Propiedades

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Coeficiente de adhesión de varios metales Vs dureza

Otros factores

3 La transferencia de electrones entre metales permite la formación de una fuerte unión adhesiva entre dos elementos metálicos iguales ó de diferente estructura atómica.

Transferencia de electrones

La adhesión entre metales también es influenciada por la “reactividad química” (electropositividad) de un metal individual. Metales químicamente activos, tales como el aluminio, se enlazan más rápidamente y por tanto presentan una mayor adhesión.

Electropositividad

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La red cristalina cúbica centrada en las caras en metales con un alto nivel de actividad química podría presentar una adhesión particularmente fuerte. Estos metales son indeseables para contactos deslizantes sin lubricación.

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Formación de una transferencia adhesiva de partículas.

Diagrama esquemático de la formación de una transferencia adhesiva de partículas.

La fractura se extiende a través de las asperezas y eventualmente una partícula es liberada de la aspereza deformada.

Cuando cada banda de corte encuentra un limite cercano, una fractura iniciada o un proceso de corte existente, estas bandas progresaran hasta que una nueva banda de corte sea formada.

El material mas suave o las asperezas más deformadas se acomodan en bandas de corte por el movimiento relativo. Por lo tanto no ocurre deslizamiento en la línea de las asperezas en contacto.

Modelo alternativo de la deformación en contacto adhesivo de las asperezas

Referencias

• Tristancho, José . Higuera, Oscar. Florez, Luis. Evaluación del desgaste adhesivo del acero aisi –sae 1020.

• Artículo de internet: http://www.slideshare.net/cristianstiveng1/mecanismos-de-desgaste

• Artículo de internet: http://www.utp.edu.co/~dhmesa/pdfs/desgaste.pdf • Artículo de internet: http://lopezva.files.wordpress.com/2011/09/tema-1-

desgaste2.pdf • Artículo de internet: http://www.stle.org/resources/lubelearn/wear • Artículo de internet:

http://www.ewp.rpi.edu/hartford/~ernesto/F2012/FWM/Notes/ch06.pdf