Desgaste

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En la ciencia de materiales , el desgaste es la erosión o hacia los lados desplazamiento de material desde su posición "derivado" y original en una sólida superficie realizado por la acción de otra superficie.

Desgaste está relacionado con las interacciones entre las superficies y más específicamente la eliminación y la deformación de material en una superficie como resultado de la acción mecánica de la superficie opuesta. [1] La necesidad de movimiento relativo entre dos superficies de contacto y mecánica inicial entre asperezas es un importante distinción entre el desgaste mecánico en comparación con otros procesos con resultados similares. [2]

La definición de desgaste puede incluir la pérdida de la dimensión de deformación plástica si se originó en la interfaz entre dos superficies de deslizamiento.
Sin embargo, la deformación plástica, tales como tensión de fluencia se excluye de la definición desgaste si no se incorpora un movimiento de deslizamiento relativo y contacto contra otra superficie a pesar de la posibilidad de que la eliminación de material, porque a continuación, carece de la acción de deslizamiento relativa de la otra superficie.
Desgaste de impacto es en realidad un movimiento corto deslizamiento donde dos cuerpos sólidos interactúan en un intervalo corto de tiempo excepcional. Anteriormente, debido a la rápida ejecución, el contacto que se encuentra en el desgaste por impacto se conoce como un impulso de contacto por la nomenclatura. Impulso puede ser descrito como un modelo matemático de un promedio sintetizada en el transporte de energía entre dos sólidos que viajan en contacto convergente opuesta.
La cavitación desgaste es una forma de desgaste donde el medio erosiva o contador-cuerpo es un fluido.
La corrosión se pueden incluir en fenómenos de desgaste, pero el daño se amplifica y se realizaron por reacciones químicas en lugar de la acción mecánica.

Desgaste también puede definirse como un proceso en el que la interacción entre dos superficies o caras de delimitación de sólidos dentro de los resultados de entorno de trabajo en la pérdida de dimensiones de un sólido, con o sin cualquier desacoplamiento real y la pérdida de material. Los aspectos del ambiente de trabajo que afectan a usar incluyen cargas y características tales como deslizamiento unidireccional, cargas alternativos, laminados, y el impacto, la velocidad, la temperatura, sino también diferentes tipos de contra-organismos como sólido, líquido o gas y el tipo de contacto que oscila entre sola fase o multifase, en el que el último multifase puede combinar líquido con partículas sólidas y burbujas de gas.

Corona trasera de una bicicleta, donde la izquierda está sin usar y la derecha tiene desgaste obvio por giro a la derecha.

Contenido

Medida [ edit ]

Hoy en día existen un par de métodos de prueba estándar para diferentes tipos de desgaste para determinar la cantidad de eliminación de material durante un período de tiempo especificado en condiciones bien definidas.
La ASTM International Comité G-2 intentos de estandarizar las pruebas de desgaste para aplicaciones específicas, que se actualizan periódicamente. La Sociedad de Tribología y lubricación Ingenieros (STLE) ha documentado una gran cantidad de desgaste por fricción y las pruebas de lubricación. Sin embargo, todos los métodos de prueba han incorporado limitaciones y no dar una imagen real en todos los aspectos.
Esto se puede atribuir a la naturaleza compleja de desgaste, en particular, "el desgaste industrial", y las dificultades asociadas a la simulación de procesos de desgaste con precisión. (Ref4)

Una revisión resultado estándar para pruebas de desgaste, que se define por la ASTM International y los respectivos subcomités como Comité G-2, debe expresarse como la pérdida de material durante el uso, en términos de volumen. La pérdida de volumen da una imagen más real de la pérdida de peso, sobre todo cuando se comparan las propiedades de resistencia al desgaste de los materiales, con grandes diferencias de densidad .
Por ejemplo, una pérdida de peso de 14 g en una muestra de carburo de tungsteno + cobalto (densidad = 14.000 kg / m³) y una pérdida de peso de 2,7 g en una muestra similar de aleación de aluminio (densidad = 2,700 kg / m³) en tanto resultado el mismo nivel de desgaste (1 cm ³) cuando se expresa como una pérdida de volumen. La inversa de la pérdida de volumen se puede utilizar como un índice comparable de resistencia al desgaste.
Pruebas de desgaste estándar sólo se utilizan para la clasificación de material comparativo de un parámetro de la prueba específica según lo estipulado en el método de ensayo. Para valores más realistas de deterioro del material en aplicaciones industriales es necesario para llevar a cabo las pruebas de desgaste bajo condiciones que simulan el proceso de desgaste exacta. (Ref4)

La vida útil de un componente de ingeniería ha caducado cuando las pérdidas de las dimensiones superan los límites de tolerancia especificados. Use, junto con otros procesos de envejecimiento tales como la fatiga y fluencia en asociación con los factores de concentración de esfuerzos tales como resistencia a la fractura hace que los materiales a degradarse progresivamente, llevando eventualmente a la falla del material a una edad avanzada.
Use en aplicaciones industriales es uno de un número limitado de factores de fallo en el que un objeto pierde su utilidad y las consecuencias económicas pueden ser de gran valor para la industria (ref. 4).

La ecuación Archard es el clásico modelo de predicción de desgaste - ver Bisson [3]

Etapas de desgaste [ edit ]

Conforme a los procedimientos mecánicos y prácticos normales, la tasa de desgaste cambia normalmente por tres etapas diferentes (Ref. 4):

  • Etapa primaria o principios de período en período, donde las superficies se adaptan entre sí, y la tasa de desgaste pueden variar entre alta y baja.
  • Proceso de escenario o mediados de edad secundaria, donde una tasa constante de envejecimiento está en movimiento. La mayor parte de la vida operativa componentes está comprendida en esta etapa.
  • Etapa o de vejez período terciario, donde los componentes son sometidos a un fallo rápido debido a una alta tasa de envejecimiento.

La etapa secundaria se acorta con el aumento de la severidad de las condiciones ambientales, tales como temperaturas más altas, velocidades de deformación, el estrés y velocidades de deslizamiento, etc
Tenga en cuenta que, tasa de desgaste está fuertemente influenciada por las condiciones de funcionamiento. Específicamente, las cargas normales y velocidades de deslizamiento juegan un papel fundamental en la determinación de la tasa de desgaste. Además, la reacción tribo-química también es importante con el fin de entender el comportamiento de desgaste. Diferentes capas de óxido se desarrollan durante el movimiento de deslizamiento. Las capas se originó a partir de la interacción compleja entre la superficie, lubricantes, y las moléculas del medio ambiente. En general, una sola parcela, es decir, llevar mapa. lo que demuestra la tasa de desgaste en diferentes condiciones de carga se utiliza para la operación. Esta gráfica también representa los modos dominantes de desgaste bajo diferentes condiciones de carga (ref. 13).

En ensayos de desgaste explícitas simulando las condiciones de trabajo entre las superficies metálicas, no hay distinción cronológica clara entre diferentes al desgaste etapas debido a las grandes coincidencias y relaciones simbióticas entre diferentes mecanismos de fricción. ingeniería de superficies y tratamientos se utilizan para minimizar el desgaste y ampliar los componentes de la vida de trabajo. [4] [5]

Tipos [ editar ]

El estudio de los procesos de desgaste es parte de la disciplina de la tribología . . La naturaleza compleja de desgaste ha retrasado las investigaciones y dio lugar a estudios aislados hacia mecanismos o procesos de desgaste específicas [6] Algunos comúnmente usar mecanismos (o procesos) son:

  1. Desgaste adhesivo
  2. Desgaste abrasivo
  3. Fatiga superficial
  4. Desgaste por roce
  5. Desgaste erosivo

Una serie de diferentes fenómenos de desgaste también son comúnmente encontrados y presentados en la literatura. Impactos, cavitación, difusión y corrosivo desgaste están todos esos ejemplos.
Estos mecanismos de desgaste, sin embargo, no necesariamente actúan de forma independiente y el desgaste de los mecanismos no son mutuamente excluyentes. [2] "Ropa Industrial" comúnmente se describe como la incidencia de múltiples mecanismos de desgaste que se producen al unísono. Otra manera de describir "desgaste Industrial" es para definir una clara distinción en cómo funcionan los diferentes mecanismos de fricción, por ejemplo distinguir entre los mecanismos con densidad de energía de alta o baja. Use los mecanismos y / o sub-mecanismos frecuencia se superponen y se producen de forma sinérgica, produciendo una mayor tasa de desgaste que la suma de los mecanismos de desgaste individuales.

Desgaste adhesivo [ edit ]

El desgaste adhesivo se puede encontrar entre las superficies durante la fricción de contacto y generalmente se refiere a los desplazamientos no deseados y la unión de partículas de desgaste y compuestos de material de una superficie a otra. Dos mecanismos separados operan entre las superficies.

Friccohesity [ edit ]

Friccohesity define cambios reales en las fuerzas de cohesión y su reproducción en forma de fuerzas cinéticas o fricción en estado líquido cuando la agrupación de la dispersión de nanopartículas en el medio para hacer grupo pequeño o agregados de diferentes niveles manómetro.

  1. Desgaste adhesivo es causado por el movimiento relativo, "contacto directo" y deformación plástica que crean partículas de desgaste y la transferencia de material de una superficie a otra.
  2. Fuerzas adhesivas cohesivas, sostiene dos superficies entre sí a pesar de que están separados por una distancia medible, con o sin ninguna transferencia real de material.

La descripción anterior y la distinción entre el "desgaste adhesivo" y su contraparte "fuerzas adhesivas cohesivas" son bastante comunes. Por lo general, las fuerzas de superficie de cohesión y el potencial de energía de adhesión entre las superficies son examinados como un campo especial en departamentos de física. El desgaste adhesivo y traslado del material debido al contacto directo y la deformación plástica se examinan en ciencias de la ingeniería y en la investigación industrial.

Dos superficies alineadas siempre pueden hacer transferencia de material y debido a las superposiciones y las relaciones simbióticas entre relativa motional "desgaste" y "química" atracción cohesiva, el desgaste categorización han sido una fuente de debate. En consecuencia, las definiciones y la nomenclatura deben evolucionar con los últimos avances científicos y las observaciones empíricas.

En general, desgaste adhesivo se produce cuando dos cuerpos se deslizan por encima o se presionan entre sí, que promueven la transferencia de material. Esto puede ser descrito como deformación plástica de fragmentos muy pequeños dentro de las capas superficiales. Las asperezas microscópicas o puntos altos o rugosidad de la superficie que se encuentran en cada superficie, definen la gravedad sobre cómo fragmentos de óxidos se arrancaron y se suma a la otra superficie, en parte debido a las fuertes fuerzas adhesivas entre átomos de [1] , pero también debido a la acumulación de la energía en la zona plástica entre las asperezas durante el movimiento relativo.

El resultado puede ser una rugosidad crecimiento y la creación de salientes (es decir, protuberancias) por encima de la superficie original, en la fabricación industrial denominado gripado , que eventualmente infracciones la capa superficial oxidada y se conecta a la masa del material subyacente que aumentan la posibilidad de que un fuerte adhesión [7] y el flujo de plástico alrededor de la masa.
La geometría y la velocidad de deslizamiento nominal de la masa define cómo va a ser transportado y aceleró el material fluye alrededor de la protuberancia, que es crítico para definir la presión de contacto y la temperatura desarrollada durante el deslizamiento. La función matemática para la aceleración de material que fluye de este modo se define por el contorno de la superficie grumos.

Está claro, teniendo en cuenta estos requisitos previos, que la presión de contacto y la temperatura desarrollada es altamente dependiente de la geometría de grumos.
Flujo de material exhibe un aumento en la densidad de energía, debido a la transformación de fase y el desplazamiento inicial de la aceleración de la demanda de material de material y de alta presión.
La baja presión no es compatible con el flujo de plástico, sólo después de la desaceleración puede el material que fluye a estar expuesto a baja presión y se enfría rápidamente. En otras palabras, no se puede deformar un material sólido mediante el contacto directo y sin la aplicación de una presión alta y en algún lugar a lo largo del proceso de aceleración y deceleración deben llevarse a cabo, es decir, de alta presión debe ser aplicada por todos los lados del material deformado. Material que fluye exhibirá inmediatamente la pérdida de energía y disminución de la capacidad de fluir debido a la fase de transformación, si es expulsado de alta presión en baja presión. Esta capacidad retiene la alta presión y la densidad de energía en la zona de contacto y disminuye la cantidad de energía o fuerza de fricción necesaria para el avance adicional cuando el deslizamiento sigue y en parte explica la diferencia entre la estática y deslizante coeficiente de rozamiento (μ) si la fractura principal mecanismos son iguales a la anterior.

El desgaste adhesivo es un factor de fallo común en aplicaciones industriales tales como conformado de chapa metálica (SMF) y se encuentra comúnmente en conjunción con los fracasos de lubricante y se refiere a menudo como el desgaste de soldadura o irritante debido a las características de la superficie expuestas, transición de fase y el flujo de plástico seguidos por enfriar.
El tipo de mecanismo y la amplitud de la atracción superficie, varía entre los diferentes materiales, pero se amplifican por un aumento en la densidad de la "energía superficial". La mayoría de los sólidos se adhieren en contacto en cierta medida. Sin embargo, las películas de oxidación, lubricantes y contaminantes de origen natural generalmente suprimen la adherencia. [8] y reacciones químicas exotérmicas espontáneas entre superficies generalmente producen una sustancia con el estado de bajo consumo de energía en las especies absorbidas. [7]

Desgaste abrasivo [ edit ]

El desgaste abrasivo se produce cuando una superficie dura, áspera y se desliza a través de una superficie más suave. [1] la norma ASTM International (anteriormente Sociedad Americana para Pruebas y Materiales) la define como la pérdida de material debido a las partículas duras o protuberancias duras que son forzadas contra y se mueven a lo largo de un superficie sólida. [9]

El desgaste abrasivo se clasifica comúnmente de acuerdo con el tipo de contacto y el medio ambiente contacto. [10] El tipo de contacto determina el modo de desgaste abrasivo. Los dos modos de desgaste abrasivo se conocen como de dos cuerpos y el desgaste abrasivo de los tres cuerpos. Desgaste de dos cuerpos se produce cuando los granos o partículas duras remover el material de la superficie opuesta. La analogía común es el de material que está siendo eliminado o desplazado por una operación de corte o el arado. Desgaste de tres cuerpos se produce cuando las partículas no están limitados, y son libres de rodar y deslizarse por una superficie. El entorno de contacto determina si el desgaste se clasifica como abierta o cerrada. Un entorno de contacto abierto se produce cuando las superficies son desplazados lo suficiente como para ser independientes el uno del otro

Hay una serie de factores que influyen en el desgaste por abrasión y por lo tanto la forma de eliminación de material. Se han propuesto varios mecanismos diferentes para describir la manera en que se retira el material. Tres mecanismos comúnmente identificados de desgaste abrasivo son:

  1. Arada
  2. Corte
  3. Fragmentación

Arado ocurre cuando el material se desplaza hacia un lado, lejos de las partículas de desgaste, lo que resulta en la formación de surcos que no implican la eliminación de material directo. El material desplazado forma crestas adyacentes a las ranuras, que se pueden eliminar mediante la posterior paso de partículas abrasivas. De corte se produce cuando el material se separa de la superficie en forma de desechos primaria, o microchips, con poco o ningún material desplazado a los lados de las ranuras. Este mecanismo se asemeja estrechamente mecanizado convencional. La fragmentación se produce cuando el material se separa de una superficie mediante un proceso de corte y la sangría causas abrasivos fractura localizada del material de desgaste. Estas grietas se propagan a continuación libremente a nivel local alrededor de la ranura desgaste, lo que resulta en la eliminación de material adicional por desconchado. [10]

El desgaste abrasivo se puede medir como la pérdida de masa por la prueba de abrasión Taber según la norma ISO 9352 o ASTM D 1044.

Fatiga superficial [ edit ]

La fatiga superficial es un proceso por el cual la superficie de un material se debilita por carga cíclica, que es un tipo de fatiga del material en general. Fatiga desgaste se produce cuando las partículas de desgaste se separan por crecimiento de la grieta cíclico de microfisuras en la superficie. Estas microgrietas son grietas superficiales o grietas subsuperficiales.

Desgaste por roce [ edit ]

Desgaste por roce es el roce cíclico repetido entre dos superficies, que se conoce como rozamiento, durante un período de tiempo que eliminar material de una o ambas superficies en contacto. Esto ocurre típicamente en los rodamientos, aunque la mayoría de los rodamientos tienen sus superficies endurecidas para resistir el problema. Otro problema se produce cuando se crean grietas en cualquiera de las superficies, conocida como la fatiga por rozamiento. Es el más grave de los dos fenómenos, ya que puede conducir a la falla catastrófica del rodamiento. Un problema asociado se produce cuando las pequeñas partículas eliminadas por el desgaste se oxidan en el aire. Los óxidos son generalmente más duro que el metal subyacente, por lo que el desgaste se acelera a medida que las partículas duras raspe las superficies metálicas adicionales. Fretting actos de corrosión de la misma manera, especialmente cuando el agua está presente. Rodamientos sin protección en grandes estructuras, tales como puentes pueden sufrir una grave degradación en el comportamiento, especialmente cuando se utiliza la sal durante el invierno para descongelar las carreteras realizadas por los puentes. El problema de la corrosión de contacto estuvo involucrado en el puente de plata tragedia y el puente sobre el río Mianus accidente.

Desgaste erosivo [ edit ]

Desgaste erosivo puede ser descrito como un movimiento de deslizamiento extremadamente corto y se ejecuta dentro de un intervalo de tiempo corto. Desgaste erosivo es causada por el impacto de partículas de sólidos o líquidos contra la superficie de un objeto. [8] Las partículas que impactan eliminar gradualmente el material de la superficie a través de deformaciones repetidas y acciones de corte. [11] Se trata de un mecanismo ampliamente encontrado en la industria . Un ejemplo común es el desgaste erosivo asociado con el movimiento de lodos a través de tuberías y equipos de bombeo.

La tasa de desgaste erosivo depende de un número de factores. Las características del material de las partículas, tales como su forma, dureza, velocidad de impacto y el ángulo de choque son factores primarios junto con las propiedades de la superficie que está siendo erosionado. El ángulo de impacto es uno de los factores más importantes y es ampliamente reconocido en la literatura. [12] Para materiales dúctiles la tasa de desgaste máximo se encuentra cuando el ángulo de incidencia es de aproximadamente 30 °, mientras que para los materiales no dúctiles se produce la máxima velocidad de desgaste cuando el ángulo de impacto es normal a la superficie. [12]

Véase también [ editar ]

Referencias [ editar ]

  1. ^ un b c Rabinowicz, E. (1995). La fricción y el desgaste de los materiales. Nueva York, John Wiley and Sons.
  2. ^ un b Williams, JA (2005). "El desgaste y las partículas de desgaste - Algunos fundamentos." Tribología Internacional 38 (10): 863-870
  3. ^ Bisson, Edmond E. (1968). Diversos modos de desgaste y de sus factores de control. Técnica Memorendum la NASA TM X-52426.  
  4. ^ Chattopadhyay, R. (2001) Superficie de desgaste -. Análisis, tratamiento y prevención. OH, EE.UU.:. ASM-International ISBN 0-87170-702-0 .  
  5. ^ Chattopadhyay, R. (2004). Advanced Procesos Ingeniería de Superficies asistida térmicamente. MA, EE.UU.: Kluwer Academic Publishers. ISBN 1-4020-7696-7 .  
  6. ^ Jones, M., H., y D. Scott, Eds. (1983). Tribología Industrial: los aspectos prácticos de la fricción, lubricación y desgaste. Nueva York, Elsevier Scientific Publishing Company.
  7. ^ un b Glaeser, WA, Ed. (1993).
  8. ^ un b Stachowiak, GW, y AW Batchelor (2005). Ingeniería Tribología. Burlington, Elsevier Butterworth-Heinemann
  9. ^ terminología estándar relativo al desgaste y erosión, Libro Anual de Normas, Vol. 03.02, ASTM, 1987, p 243-250
  10. ^ un b Manual del Comité ASM (2002). ASM Manual. Fricción, lubricación y desgaste Tecnología. EE.UU., ASM International. Volumen 18.
  11. ^ Mamata, KP (2008). "Una revisión sobre la erosión de sedimentos en las turbinas hidroeléctricas." Opiniones de energía renovable y sostenible 12 (7): 1974.
  12. ^ un b Sinmazcelik, T. y yo Taskiran (2007). "El comportamiento de desgaste erosivo (PPS) compuestos polyphenylenesulphide." Materiales en ingeniería 28 (9): 2471-2477.

Referencias generales [ editar ]

  • SC Lim. Desarrollo reciente en Mapas mecanismo de desgaste. Trib. Intl. 1998, 31, 87-97
  • HC Meng y K. C Ludema. Use 1995, 183, 443-457
  • R. Bosman y DJ Schipper. Use 2012, 280, 54-62
  • MW Akram, K. Polychronopoulou, AA Polycarpou. Trib. Int. : 2013, 57, 92-100

Para leer más [ edit ]

  • Bowden, Tabor: Fricción y lubricación de los sólidos (Oxford: Clarendon Press 1950)
  • Kleis I. y Kulu P.: La erosión de partículas sólidas. Springer-Verlag, London, 2008, 206 pp
  • Zum Gahr K.-H.: Microestructura y el desgaste de los materiales, Elsevier, Amsterdam, 1987, 560 S.
  • Jones JR: lubricación, la fricción y el desgaste, NASA-SP-8063, 1971, 75 pp Un buen documento, gratuita y de calidad disponibles aquí .