03 AFA - CAT - Desgaste
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FUNDAMENTOS DE DESGASTE
INTRODUCCIONLa calidad de la mayora de los
productos del metal y las
aleaciones depende de la
condicin de sus superficies y
del deterioro de la superficie
debido al uso. Este deterioro es
importante tambin en la
prctica; suele ser el factor
principal que limita la vida y el
desempeo de los componentes
de una maquina.
-
DESGASTE Se define el desgate como laperdida o deterioro progresivo no
intencional del material de la
superficie debido al movimiento
relativo y al contacto entre
superficies. El desgaste en una de
las influencias mas destructivas a
que estn expuestas los metales y
aleaciones. Los distintos productos
tienen muchos componentes que
se desgastan al hacer su trabajo, lo
que hace necesario remplazar esos
componentes peridicamente.
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FACTORES QUE AFECTAN EL DESGASTECada forma de desgaste esta
afectada por una variedad de
condiciones, incluyendo el
ambiente, tipo de carga aplicada,
velocidades relativas de las
piezas que se acoplan, lubricante,
temperatura, dureza, terminado
de la superficie, presencia de
particulas extraas, composicin
y compatibilidad de las piezas de
acoplamiento implicadas
-
Medios o condiciones de trabajos especficos producen tipos especficos de
desgaste anormales
Debemos ser capaces de identificar:
localizacin del desgaste
tipo de desgaste
condiciones que produjeron el desgaste
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TIPOS DE DESGASTES
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Los 7 tipos de desgaste
Desgaste abrasivo
Desgaste adhesivo
Erosin
Erosin por cavitacin
Corrosin
Corrosin por frotacin
Fatiga por contacto
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DESGASTE ABRASIVOEl abrasivo ocurre
cuando partculas duras
se deslizan o ruedan
bajo presin a travs de
una superficie, o
cuando una superficie
dura se frota a travs de
otra. Las partculas
desgastadas por
rozamiento del objeto
mas duro tienden a
rasguar o acanalar al
material mas suave
-
El desgaste abrasivo puede
imaginarse como una accin
de corte. Las superficies
daadas como resultado de
desgaste abrasivo son
cortadas, acanaladas o
rasuradas. Si existe una capa
de lubricante, se podr
eliminar o reducir la
produccin de calor y el
desgaste de la superficie. En
el desgaste abrasivo entre
dos cuerpos, dos superficies
se deslizan una contra otra.
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Partculas abrasivas
son partculas de
cualquier tipo o
tamao que sean tan
duras o ms duras
que la superficie que
se desgasta. Suelen
ser partculas de
material abrasivo de
discos de esmerilar,
partculas de pintura,
polvo, arena,
suciedad y virutas de
metal.
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CARACTERISTICAS DE LA SUPERFICIELas caractersticas de la superficie
producidas por el desgaste abrasivo
varan dependiendo de las
condiciones abrasivas existentes.
Superficies pulidas, superficies
satinadas y superficies con cortes y
ranuras son causadas por tipos
distintos de partculas.
1. Superficies pulidas.
2. Superficies satinadas.
3. Superficies con cortes y
ranuras.
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SUPERFICIE PULIDAPartculas abrasivas son pequeas
y duras, como partculas de polvo,
pueden entrar en la mayora de los
sistemas y producen cortes y
araazos finos que dejan una
apariencia pulida.
Noten las superficies que parecen
espejos en estos dientes de
engranaje. Fueron causadas
cuando entro lodo al lubricante
debido a sellos en malas
condiciones.
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SUPERFICIE SATINADASon partculas abrasivas
duras un poco ms grandes
como partculas de arena
fina, producen cortes y
araazos ms grandes y
dejan un acabado
superficial satinado o un
aspecto mate.
Esta pieza muestra dao
causado por partculas
abrasivas duras. Noten la
superficie satinada.
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SUPERFICIE CON CORTES Y RANURAS
Son partculas
abrasivas duras y
grandes, como
partculas grandes
de arena o
partculas
residuales de
maquinado,
pueden producir
araazos y ranuras
profundas.
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EJEMPLOS
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DESGASTE ADHESIVO
El desgaste adhesivo
comienza cuando asperezas
o puntos elevados muy
pequeos en superficies
mviles hacen contacto
entre ellos y generan calor
de friccin hasta que uno de
los puntos elevados se
adhiere al otro y se separa
de la superficie en las que
estaba originalmente.
-
Durante el desgaste adhesivo, las
superficies entran fsicamente en
contacto y puntos elevados muy
pequeos hacen contacto, generan calor
y se sueldan microscpicamente.
Debido a mucha frecuencia, falta
lubricante, se sigue acumulando calor
hasta que se produce un fundido y una
adhesin mas generalizados.
Si se permite que continu la
operacin bajo condiciones
severas de desgaste adhesivo,
aumenta el contacto y reas
ms amplias pueden fundirse
y adherirse.
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CARACTERISTICAS DE LA SUPERFICIE
Entre las caractersticas
superficiales del
desgate adhesivo se
encuentran:
1. Pulido.
2. Decoloracin y
adhesin.
3. Deformacin
plstica.
4. Colores de revenido.
5. Fractura.
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PULIDO En las fases iniciales dedesgaste adhesivo, se observa
pulido de la superficie y un
aumento en la reflexin de la
luz. A medida que las
asperezas frotan unas con
otras, se calientan, se funden
microscpicamente y se
separan de la superficie
original, las superficies se
hacen mas lisas. Las piezas
no se daan en esta etapa por
que lo nico que ocurre es
que la superficie se hace mas
liso.
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DECOLORACION Y ADHESIONEn las fases intermedias del
desgaste adhesivo, se
observan raspaduras,
ralladuras, decoloracin y
adhesin. Al continuar el
desgaste adhesivo, toda la
superficie de contacto puede
recalentarse y secciones
grandes de la superficie
pueden alcanzar la
temperatura de fusin,
adherirse y separarse de la
superficie original.
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DEFORMACION PLASTICAEn las fases mas avanzadas del
desgaste adhesivo, se observa
deformacin plstica. Esto ocurre
cuando se alcanzan temperaturas
muy altas.
Los dientes de este engranaje han
alcanzado temperaturas muy altas
que se han ablandado, han perdido
resistencia y se han deformado. Esto
ha producido interferencia entre los
dientes y causado ms deformacin
plstica. Se puede observar tambin
el color negro de revenido que indica
que se alcanzaron temperaturas
elevadas.
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COLORES DE REVENIDOCuando se alcanzan
temperaturas muy altas
de acero, se ven con
frecuencia colores de
revenido. Los colores de
revenido son causados
por xidos metlicos
que producen una gama
de colores desde
amarillo dorado a azul
claro, azul oscuro , gris
y negro.
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FRACTURAS Fracturas ocurrenfrecuentemente como
resultado del desgaste
adhesivo porque la pieza
ha sido debilitada por las
elevadas temperaturas. El
faldn de este pistn se
calent tanto que se fundi
y se adhiri a la camisa del
cilindro. Las altas
temperaturas redujeron
tambin la resistencia del
faldn y se produjo una
fractura.
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CONDICIONES QUE HACEN POSIBLE EL DESGASTE ADHESIVO
Las condiciones que hacen
posible el desgaste adhesivo
son problemas de las piezas,
problemas del montaje,
problemas de lubricacin,
velocidad excesiva y cargas
excesivas. Debe guiarse por
las caractersticos superficiales
y por la ubicacin del desgaste
para seleccionar las
condiciones que pueden haber
estado involucradas.
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PROBLEMAS DE PIEZAS Y DE MONTAJE
Entre los problema de piezas
y de montaje se encuentran:
Encaje de interferencia.
Superficies rugosas.
Maquinado inapropiado.
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PROBLEMAS DE LUBRICACION
Entre los problemas de
lubricacin se pueden
encontrar bajo nivel de
lubricante, lubricante
equivocado, lubricante
degradado, lubricante
demasiado caliente o
demasiado fri y
conductos mal perforados
o atorados.
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VELOCIDAD EXCESIVA
Si se permite que un
vehiculo baje una
pendiente en neutral, su
velocidad llega a ser
excesiva, los engranajes
conectados a la salida de la
transmisin pueden
alcanzar una velocidad
excesiva.
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CARGA EXCESIVAEn arrastres prolongados
saliendo de las minas con
cargas plenas, hay componentes
que se fuerzan tanto y estn
muy juntos. Si las cargas llegan
a ser excesivas, las capas de
lubricante no pueden cumplir
su funcin y se produce
contacto entre superficies
metlicas y soldadura
microscpica.
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DESGASTE POR EROSION
El desgaste por erosin ocurre
cuando partculas en
movimiento chocan con las
superficies que las rodean. El
desgaste por erosin puede
explicarse como una accin de
impacto. Generalmente las
partculas son arrastradas por
un fluido y son mas pesadas
que el fluido.
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EROSION La erosin ocurre cuandopartculas pequeas y duras enfluidos que se mueven con
rapidez, golpean las superficies
circundantes a altas
velocidades y causan impactos
y daos abrasivos. La
superficie as desgastada tiene
frecuentemente un aspecto
granallado o mate. Los filtros y
los intervalos de cambio de
filtro estn diseados para
controlar el desgaste por
erosin dentro de los lmites
aceptables.
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CARACTERISTICAS DE LAS SUPERFICIES
Las superficies erosionadas
pueden tener una apariencia
lisa, rugosa, afilada o spera,
dependiendo del tamao, la
dureza y el momento de las
partculas erosivas.
1. Lisa.
2. Rugosa.
3. Afilada.
4. spera.
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LISAParticular erosivas pequeas
producen generalmente una
apariencia de superficie lisa.
Note las superficies lisas en
este ejemplo.
Partculas ms grandes
pueden producir superficies
rugosas. Si las partculas son
ms grandes y tienen ms
energa de impacto, la
superficie ser ms rugosa.
RUGOSA
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AFILADAPartculas abrasivas finas como el
polvo, pueden afilar los bordes de
piezas giratorias. Esta rueda de
compresor de turbocompresor tiene
bordes muy afilados causados por
desgaste por erosin.
Partculas de gran tamao pueden
impactar con severidad y causar
caractersticas de superficie spera. El
extremo de los alabes de esta rueda de
turbocompresor ha sido daado de esta
forma debido a choque a alta velocidad
de partculas de gran tamao.
ASPERA
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CONDICIONES QUE HACEN POSIBLE ESTE DESGASTE
Las condiciones que
hacen posible el desgaste
por erosin son la
presencia de partculas
erosivas, las propiedades
de estas partculas, las
propiedades de las
superficies adyacente, las
propiedades del fluido, la
velocidad del impacto y
la temperatura.
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PARTICULAS EROSIVAS
Partculas pesadas causan mas dao que partculas ligeras.
Partculas que se mueven a alta velocidad causan mas dao
que partculas mas lentas. Fluidos calientes pueden moverse a
velocidades de flujo ms altas, lo que aumenta la velocidad
de las partculas. Si las superficies adyacentes estn fras, son
mas frgiles y se aumenta la probabilidad de que se
desprendan trozos de la superficie en lugar de que se
produzcan melladuras o araazos. Si un filtro o una vlvula
de derivacin tienen una fuga, las partculas abrasivas podrn
permanecer en el sistema. Una reparacin sucia puede
introducir partculas erosivas.
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IDENTIFICAR LAS PARTICULASLo primero que hay que hacer es identificar las partculas que han
causado la erosin y buscar su origen.
Recuerde que la erosin puede generar partculas secundarias si se
desprende material de la superficie. Necesitara una lupa de buena
calidad para identificar las partculas. Se recomienda el uso de un
microscopio.
Los filtros han sido diseados para que retengan las partculas que
producen desgaste abrasivo o por erosin, recuerde inspeccionar el
papel del filtro porque puede contener algunas de las partculas que
usted esta tratando de identificar.
Los sumideros y depsitos pueden contener tambin algunas de
estas partculas y puede ser til examinar muestras de fluido en caso
de que las partculas estn todava en suspensin.
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EJEMPLOS
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DESGASTE POR EROSION POR CAVITACIONLa erosin por cavitacin puede
explicarse como causada por
una accin de impacto. El
impacto es causado por fluido
golpeando las superficies y no
por partculas duras. La erosin
por cavilacin resulta cuando
las burbujas de vapor que se
encuentran en un fluido se
colapsan cerca de una superficie
causando chorros pequeos de
fluido a alta velocidad que
golpean contra la superficie.
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CARACTERISTICAS DE LA SUPERFICIE
Al igual que en otros tipos
de desgaste, la erosin por
cavilacin produce sus
propias caractersticas
superficiales especificas.
Entre los ejemplos se
encuentran:
1. Grietas superficiales.
2. Picaduras.
3. Agujeros mellados.
4. Tneles abovedados.
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CONDICIONES QUE HACEN POSIBLE EL DESGASTE POR CAVITACION
La erosin por cavilacin requiere el colapsamiento de las burbujas
de vapor sobre las superficies adyacente.
Hay cuatro condiciones generales que hacen posible este desgaste:
Aireacin; cuando las burbujas pueden entrar en fluidos, podemos
citar condiciones como las fugas de aire en tuberas de succin,
bajos niveles de fluido, operacin en pendientes escarpadas, rociado
de aceite a presin y niveles altos de fluido con componentes
sumergindose en el fluido.
Cavitacin; cuando las burbujas colapsan violentamente. Las
condiciones que causan cavilacin podemos citar altas temperaturas,
cadas repentinas de presin, restricciones en la entrada de las
bombas, fluidos incorrectos, cambios repentinos de carga y cambios
repentinos en la direccin del flujo.
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Implosin es el fenmeno en
que las burbujas se colapsan
repentinamente y lanza un
chorro de fluido hacia
adelante. Las condiciones que
causan implosin son aquellas:
un aumento repentino de
presin. Si la presin aumenta
gradualmente, normalmente
las burbujas disminuyen de
tamao pero no explotan.
IMPLOSIN
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BAJA RESISTIVIDAD SUPERFICIAL
Si una superficie tiene
baja resistencia
debido a causas
metalrgicas, las
fuerzas de erosin por
cavitacin pueden
producir grietas,
picaduras y astillas.
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CORROSIONLa corrosin es una
accin qumica y no
una accin de
desgaste. Pero debido
a que la corrosin
causa el deterioro de
las superficies de
desgaste, la incluimos
como un tipo de
desgaste.
La corrosin se puede definir como el deterioro o destruccin de un
material por interaccin qumica, electroqumica o metalrgica
entre el medio y el material.
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CORROSION GENERALLa corrosin general ocurre generalmente
cuando se dan tres condiciones: una zona
catdica, una zona andica y un electrolito que
conecta el ctodo con el nodo. El ctodo y el
nodo se encuentran a voltajes diferentes lo
que causa el paso de una corriente elctrica
entre ellos, a travs del electrolito. Los nodos
son ms activos qumicamente que los ctodos
y sufren corrosin y picaduras, mientras que
las zonas catdicas no sufren daos.
La velocidad de la corrosin es determinada
por muchos factores, incluyendo temperatura,
propiedades del electrolito, propiedades del
metal, aditivos en el lubricante, grietas y el
movimiento relativo entre el metal y sus
alrededores.
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EJEMPLO DE CORROSION GENERAL
La corrosin general ocurre
donde el electrolito conecta
el nodo y el ctodo.
Note que en esta biela la
corrosin ha ocurrido
donde hubo gotas de agua
sobre la superficie. El agua
proporciono el electrolito y
varios componentes
metlicos actuaron como
ctodos y nodos.
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ALTA TEMPERATURALa oxidacin a alta temperatura no es
una verdadera forma de corrosin
pero puede causar un rpido deterioro
de la superficie. A medida que la
temperatura se aproxima al punto de
fusin, los tomos del metal se
mueven con mayor rapidez y el
oxigeno puede penetrar el metal hasta
mayor profundidad, formando un
deposito de oxido en unos segundos.
Si el metal caliente esta doblado, el
depsito quebradizo se separa de la
superficie.
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EJEMPLO ALTA TEMPERATURALa oxidacin a alta
temperatura ocurre en
zonas de temperatura
elevada. Estas piezas del
turbocompresor se
daaron debido a la
temperatura
excesivamente alta del
escape. El blindaje
trmico estuvo expuesto
directamente al escape
caliente y se ha oxidado
por completo.
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CARACTERISTICAS DE LA SUPERFICIELos metales corrodos suelen tener
superficies picadas, capas de corrosin
superficial escamosa o ambos tipos. Las
capas superficiales pueden formar
hendiduras y causar que el ritmo de
corrosin se acelere debajo de las escamas.
Las capas de corrosin superficial suelen
ser xidos metlicos y pueden tener
distintos colores. Las superficies de acero o
de hierro suelen desarrollar una capa de
corrosin de color marrn rojizo. Las capas
de corrosin de cobre y e bronce son de un
color verde azulado. Las capas de aluminio
suelen ser de color gris claro o blancuzco.
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DESGASTE CORROSIVO
En medio hmedo y caliente
alrededor de metales activos
aumentara la velocidad a la que
puede ocurrir la corrosin. Si los
electrolitos son acclicos, son
mejores conductores y podrn
aumentar el ritmo de la corrosin.
Como los aditivos en los
lubricantes y refrigerantes estn
diseados para neutralizar las
condiciones acclicas, compruebe
siempre la calidad del refrigerante
y del lubricante.
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EJEMPLO Esta camisa de cilindro de un motordiesel estaba rodeada por
refrigerante pero ocurri corrosin
y acumulacin de depsitos. No se
uso un aditivo anticorrosivo para
encubrir y proteger la camisa.
Adems del dao en forma de
picaduras, los depsitos actan
como aislantes reteniendo el calor.
Los aditivos de los lubricantes y
refrigerantes estn diseados para
neutralizar las condiciones acclicas
alrededor de metales activos. Esto
ayudara a reducir la taza de la
corrosin.
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CORROSION POR FROTACION
La corrosin por frotacin es algo parecido a una soldadura por friccin.
Ocurre cuando componentes que encajan muy apretado tienen que
moverse unos contra otros a alta frecuencia y a baja amplitud. El calor
friccional que se desarrolla entre las asperezas de las superficies
deslizantes causa soldaduras microscpicas y desgarro del metal. Estas
altas temperaturas localizadas pueden oxidar y decolorar el material que
se ha desplazado.
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No se debe confundir la
frotacin o la corrosin por
frotacin con el pulido que
ocurre en caso de desgaste
adhesivo. Tanto la frotacin
como la corrosin por
frotacin requieren que haya
un encaje ajustado con
movimiento forzado y
soldaduras microscpicas, el
desgaste adhesivo puede
ocurrir en una gran variedad
de circunstancias.
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CUANDO OCURRE CORROSIOIN POR FROTACION La corrosin por
frotamiento ocurre
cuando dos piezas
metlicas se frotan uno
contra otra a una
frecuencia
suficientemente alta y a
baja amplitud como
para producir calor.
Este calor hace que las
asperezas superficiales
se suelden
microscpicamente.
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CARACTERISTICAS SUPERFICIALES
Las superficies daadas
por corrosin por
frotamiento pueden
tener picaduras y
acumulaciones de oxido
de forma irregular. Este
dao superficial puede
ocurrir tanto en
ambientes corrosivos
como no corrosivos.
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EJEMPLOS: CORROSIVO
En este perno de biela
se han producido
picaduras despus de
muchas horas de
desgaste del tipo de
corrosin por
frotamiento. Note el
color marrn rojizo
en las picaduras, lo
cual indica corrosin.
-
El agujero donde estaba colocado el perno puede
contener tambin acumulaciones de oxido y debe
inspeccionarse bien antes de instalar un perno
nuevo.
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EJEMPLO : NO CORROSIVOAlgunas veces, no
se ven xidos de
color marrn rojizo
porque el ambiente
no era corrosivo.
Pero vera las
picaduras y las
acumulaciones de
oxido causadas por
soldadura
microscpica y
desgarres.
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CONDICIONES QUE HACEN POSIBLE LA CORROSION POR FROTACION
Condiciones que hacen
posible la corrosin por
frotamiento:
Par de apriete bajo de los
pernos.
Aplicacin de altas cargas.
Basura entre componentes.
Acabado superficial rugoso.
Fuerza de sujecin diseada
baja.
Tortillera averiada.
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DESGASTE POR FATIGA POR TENSION DE CONTACTO
El desgaste por fatiga por
tensin de contacto es
parecido a una accin de
flexin o de agrietamiento
causado cuando superficies
metlicas movibles hacen
contacto bajo cargas
cclicas. El movimiento
puede ser de deslizamiento
o de rodadura.
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Cuando dos superficies se deslizan una contra otra, se desarrollan
tensiones que pueden causar la aparicin de grietas en la superficie. A
medida que las grietas se extienden y de unen, se desprenden algo de
material superficial y se forman picaduras.
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El contacto por rodadura hace flexionar la superficie produciendo
una accin de cizalla dentro de la pieza. Las grietas suelen empezar
en una inclusin interna y crecen hacia la superficie. Las grietas por
debajo de la superficie suelen ser muy extensas antes de que ocurra
un dao en la superficie.
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CARACTERISTICAS SUPERFICIALES
La fatiga por
tensin de contacto
por deslizamiento
y por contacto por
rodadura tienen
cada una
caractersticas
superficiales
distintas.
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POR DESLIZAMIENTOCargas de
deslizamiento ms
severas pueden
causar grietas
superficiales y
picaduras localizadas.
Si continua la
operacin, las
picaduras pueden
ensancharse y
hacerse mas
profundas.
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POR RODADURA Por contacto derodadura puede causar
astillamiento y
triturado de la caja.
El astillamiento es
causado por grietas
que comienzan debajo
de la superficie de la
pieza y crecen hacia
fuera.
El triturado de la caja
es un agrietamiento
que ocurre cerca de la
interfaz entre el ncleo
y la caja.
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La carga es muy grande
Las superficies de desgaste estn desalineadas y concentran esfuerzos
normales
La calidad o cantidad de lubricante es inapropiada causando prdida de la
pelcula de lubricacin
Problemas de diseo o de fabricacin de las piezas
CONDICIONES QUE HACEN ESTE DESGASTE
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LUBRICACION INSUFICIENTESi la lubricacin es
insuficiente o de mala
calidad, las superficies
metlicas no estarn
separadas en
condiciones de carga
normal. Si se trabaja con
un bajo nivel de aceite,
se pierde la capa de
aceite y se aumenta la
tensin por contacto
entre las superficies.