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.
- Desgaste por fatiga de bajo número de ciclos.
Sumario
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 produce cuando la unión adhesiva falla por la interfase no produciéndose prácticamente transferencia de metal y la superficie desgastada aparece pulida. Se presenta en materiales de alto grado de incompatibilidad metalúrgica (k = 10-6 ÷ 10-8).
Desgaste adhesivo superficial
Es característico de pares metálicos con poca compatibilidad metalúrgica sometidos a altas velocidades de deslizamiento (aceros V = 3 - 4 m/s); grandes presiones de contacto y altas temperaturas superficiales (T = 1500 °C). Se produce durante la fricción seca en superficies contaminadas (capas de óxido) y durante la lubricación límite, en este caso son necesarios altas presiones que destruyen la película límite (carga crítica del lubricante).
El desgaste adhesivo superficial se caracteriza por presentar una superficie con rayas o surcos pocos profundos en dirección del movimiento (Fig.1); con los siguientes parámetros.
- Profundidad de la capa destruida h ? 100 µm.
- Tamaño de la partícula de desgaste d = 2 - 20 µm.
- Razón de desgaste. W'= 1 - 5 µm/h
- Coeficiente de desgaste k = 10-4 - 10-6
- Densidad de energía aparente e* = 106-103 N-m/
- Intensidad lineal del desgaste Ih = 10-9-10-5
- Tensión de rotura de la unión ? n = 103-10-2 Mpa
Desgaste adhesivo profundo
La ausencia de capa de óxido superficial, superficies pobremente lubricadas; la existencias de superficies no contaminadas; la igualdad de la microgeometría superficial y de composición química; la compatibilidad metalúrgica; las velocidades lentas (aceros V<1m/s); las altas presiones que superan el límite de fluencia (deformaciones plásticas) son los factores que propician el surgimiento del desgaste adhesivo profundo o atrancamiento.
Este desgaste se caracteriza por presentar una superficies desgastada con surcos profundos (Fig.2) con los siguientes parámetros:
- Profundidad de la capa destruida. h ? 500 µm.
- Tamaño de la partícula de desgaste d = 20 - 200 µm.
- Razón de desgaste W' = 5 - 15 µm/h.
- Coeficiente de desgaste k = 10-2 - 10-4.
- Densidad de energía aparente e* = 104-101 N-m/
- Intensidad lineal del desgaste Ih = 10-7 - 10-3
- Tensión de rotura de la unión ? n = 103 - 102 Mpa
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.
