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Introducción al fenómeno de abrasión

 

El desgaste es un problema grave y costoso para muchas áreas de industrias. Para minimizar el daño a equipos industriales por abrasión, es importante que se entiendan claramente los mecanismos de desgaste abrasivo y se conozca explícitamente la respuesta del material utilizado para las piezas o componentes a la abrasión en términos de:


- procesamiento (capacidad para fabricar piezas de desgaste en diseños muy complejos)


- rendimiento operativo relativo (prolongación de la vida útil del equipo).

El desgaste se define habitualmente como un daño mecánico a una superficie sólida, que por lo general implica la pérdida progresiva de material, debido al movimiento relativo entre las superficies de contacto. El desgaste de las piezas metálicas se clasifica comúnmente en diferentes tipos dependiendo del mecanismo responsable de la eliminación de material de la superficie:

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Abrasión: el desgaste abrasivo se origina debido a partículas duras que se presionan contra una superficie sólida y se mueven a lo largo de ella. 

Fricción: desgaste de metal a metal, es un término general utilizado para describir el desgaste debido al deslizamiento de dos componentes metálicos uno contra otro sin la presencia de partículas abrasivas.

Fatiga: el desgaste de fatiga se origina por la carga cíclica repetitiva (fatiga de la superficie), el mecanismo de desgaste se produce mediante microgrietas en la subsuperficie.

Erosión: el desgaste erosivo se origina por la acción al corte de mover partículas transportadas por un fluido, líquido o gas, que elimina los fragmentos de material de la superficie sólida.

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Desgaste abrasivo

El desgaste abrasivo es el mecanismo de desgaste más frecuente y el que se encuentra más a menudo en diferentes áreas de industrias. Dicho fenómeno puede producirse en casi cualquier entorno, en el suelo, en el aire y en líquidos con la presencia de partículas abrasivas y más en general durante la manipulación y el procesamiento de materias primas (materiales minerales y metálicos).


Dependiendo del grado del daño de la superficie, el desgaste abrasivo se puede dividir en tres tipos, que son raspado, triturado y ranurado:

Abrasión por raspado 
A menudo se conoce como un desgaste por deslizamiento libre y es la forma menos severa de abrasión, ya que las partículas abrasivas no se fracturan ni se constriñen. Se produce por la acción repetida de raspado o decapado de partículas duras, afiladas y pequeñas que se mueven sobre la superficie sólida a diferentes velocidades.
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Abrasión por triturado 

Es una de las formas más severas de abrasión, que se produce cuando se presionan pequeñas partículas abrasivas contra una superficie metálica con la suficiente fuerza para fracturarse y ser aplastadas. Como resultado de ello, se están generando continuamente bordes de corte afilados y frescos. Esto lleva a aumentar las tasas de desgaste en comparación con abrasivos redondeados.

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Abrasión por ranurado (impacto) 
De las tres formas, este mecanismo de desgaste provoca el daño más severo. Se produce cuando la abrasión se combina con fuertes impactos inducidos por objetos grandes y pesados, que se presionan contra una superficie sólida dejando ranuras y surcos prominentes.
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En general, el desgaste es una combinación de más de un mecanismo operativo al mismo tiempo y por lo tanto puede ser difícil separar el efecto de uno del otro.

 

Por otro lado, el desgaste también puede combinar efectos de diversos fenómenos físicos y químicos que ocurren durante el servicio operativo. Esos efectos combinados, a menudo interactúan con el desgaste abrasivo para proporcionar mayores tasas de desgaste. Los más comúnmente conocidos son:

- corrosión (principalmente herrumbre en condiciones húmedas de servicio, presencia de humedad)

- temperatura alta en servicio operativo (efecto suavizante),

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Los mecanismos más comunes de desgaste abrasivo

Para una mejor comprensión del comportamiento de desgaste que implican las aplicaciones de desgaste abrasivo más severo, es necesario tener una breve visión general de los principales fenómenos de desgaste encontrados tanto para la abrasión por impacto como para la abrasión por deslizamiento de alta tensión. Cualquiera que sea el tipo de desgaste abrasivo considerado, los mecanismos de desgaste dependen en gran medida del ángulo de incidencia y de la forma de las partículas abrasivas (redonda o afilada).

En el caso de la abrasión por impacto, que se define por un alto ángulo de incidencia, la acumulación de daños en las capas superficiales del material de desgaste se caracteriza por la presencia de muescas profundas, generadas por impactos repetidos o la carga de compresión de partículas abrasivas grandes y pesadas. A nivel micro, dicho mecanismo de desgaste se rige por deformación plástica de la superficie de contacto. Obsérvese que la muesca fresca debida a un solo impacto no da lugar a ningún desprendimiento de material de la superficie de desgaste, puesto que el material en la zona dañada está deformado elástica-plásticamente en su mayor parte y fluye alrededor, por debajo y por delante de la partícula abrasiva. Sin embargo, la pérdida de volumen se producirá debido al impacto repetido por el delaminado abrupto de las capas superficiales. 9
Por lo tanto, debido a la alta tensión y al impacto, se requieren materiales resistentes a la abrasión con altos niveles de tenacidad combinados con la capacidad de deformación plástica para aumentar la resistencia al desgaste en servicio. De lo contrario, los materiales frágiles agrietan la zona del subsuelo que rodea las muescas y podrán conllevar un aumento significativo de la tasa de desgaste en servicio.
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En el caso de  la abrasión por deslizamiento de alta tensión, que se define por un bajo ángulo de incidencia , la acumulación de daños al nivel micro de las capas superficiales del material de desgaste da lugar a uno de los siguientes mecanismos:

 
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Arado: Este mecanismo de desgaste se rige principalmente por la deformación plástica. De hecho, el deslizamiento de la partícula abrasiva constreñida se produce sin eliminación de material de la superficie de desgaste, ya que se mueve hacia los lados de la ranura de desgaste.

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Corte: Aquí, también el mecanismo de desgaste está regulado en parte por la deformación plástica. De hecho, la partícula abrasiva actúa como una herramienta de corte y se forma un chip por delante del borde de corte de la partícula abrasiva. En este caso, la pérdida de material de la superficie de desgaste se produce en un volumen igual al volumen de la huella (ranura) de desgaste.

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Grietas (fractura frágil): Siempre se produce cuando se imponen tensiones de alta concentración por partículas abrasivas. Debido a una escasa capacidad de deformación plástica del material considerado, se desprenden grandes fragmentos de desgaste de la superficie de desgaste debido a la formación y propagación de microfisuras. El volumen de la pérdida de material es mayor que el volumen de la pista de desgaste.
En conclusión, el de arado y el de corte encontrados son los mecanismos de desgaste dominantes encontradas con materiales dúctiles, mientras las grietas pasan a ser importantes en materiales frágiles, donde la dureza se considera una respuesta única para enfrentarse al desgaste abrasivo en servicio.

Modificado por última vez en Lunes, 18 Junio 2018 13:24
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