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Articulo de referencia

Babbitt (aleación)

Cerdos y barras de Babbitt de grado #2 El metal Babbitt o metal para cojinetes es cualquiera de las diversas aleaciones que se utilizan para la superficie de apoyo en un cojinet...

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Cerdos y barras de Babbitt de grado #2

El metal Babbitt o metal para cojinetes es cualquiera de las diversas aleaciones que se utilizan para la superficie de apoyo en un cojinete liso .

La aleación Babbitt original fue inventada en 1839 por Isaac Babbitt [ 1 ] en Taunton , Massachusetts , Estados Unidos. Reveló una de sus recetas de aleación, pero mantuvo otras como secretos comerciales . [ 2 ] Posteriormente se desarrollaron otras formulaciones. [ 3 ] Al igual que otros términos cuyo origen epónimo ha sido desestimado hace mucho tiempo (como motor diésel o trompa de Eustaquio ), el término metal babbitt se escribe frecuentemente en minúsculas. [ 3 ] [ 4 ] Se prefiere al término " metal blanco " , porque ese término se refiere al metal de fundición de zinc , a las aleaciones a base de plomo y a las aleaciones a base de estaño , además del metal para cojinetes.

Microestructura del babbitt

El metal Babbitt se utiliza comúnmente como una capa superficial delgada en un conjunto complejo de varios metales, pero su uso original fue como material de cojinete a granel fundido in situ . El metal Babbitt se caracteriza por su resistencia al desgaste por fricción . El metal Babbitt es blando y se daña fácilmente, lo que sugiere que podría no ser adecuado para una superficie de cojinete ; sin embargo, su estructura está compuesta por pequeños cristales duros dispersos en un metal más blando, lo que lo convierte, técnicamente, en un compuesto de matriz metálica . A medida que el cojinete se desgasta, el metal más blando se erosiona ligeramente, creando vías para el lubricante entre los puntos altos duros que proporcionan la superficie de cojinete real. Cuando se utiliza estaño como metal más blando, la fricción hace que el estaño se funda y funcione como lubricante, protegiendo el cojinete del desgaste cuando no hay otros lubricantes.

Los motores de combustión interna utilizan metal Babbitt, que se basa principalmente en estaño porque puede soportar cargas cíclicas. [ 5 ]

Diseño

Tradicional

En el estilo tradicional de un cojinete de metal babbitt, un bloque de soporte de hierro fundido se ensambla de forma holgada alrededor del eje, con este en su posición final aproximada. La cara interior del bloque de soporte de hierro fundido suele perforarse para formar una chaveta que posicione el metal del cojinete durante su fundición. El eje se recubre con hollín como agente desmoldante , los extremos del cojinete se rellenan con arcilla para formar un molde, y el metal fundido se vierte en la cavidad alrededor del eje, llenando inicialmente la mitad inferior del bloque de soporte. El cojinete se desmonta y el metal se recorta hasta la superficie superior del bloque de soporte. El metal babbitt solidificado es lo suficientemente blando como para cortarse con un cuchillo o un cincel afilado .

Se inserta una arandela de acero para proteger la superficie del cojinete inferior y separar la tapa del soporte del eje. Tras sellar los extremos con arcilla, se vierte más metal para llenar la tapa del soporte a través del orificio superior, que posteriormente se convertirá en un puerto de lubricación.

Las dos mitades del cojinete se separan a la altura de la arandela de ajuste, se retira la arandela, se limpian los orificios de aceite de cualquier resto metálico y se mecanizan conductos de aceite en la superficie del nuevo cojinete. El eje se recubre con azul de metileno y se hace girar dentro del cojinete. Al desmontar el cojinete, el azul rellena los huecos y se elimina de las zonas sobresalientes, haciéndolas visibles. Estas zonas se raspan y el proceso se repite hasta que se observa un patrón uniforme y homogéneo de azul al retirar el eje. A continuación, el cojinete se limpia y lubrica, y se ajusta con arandelas de ajuste para que el eje quede firmemente sujeto, pero sin atascarse. Finalmente, el cojinete se somete a un proceso de rodaje, haciéndolo girar con abundante lubricación, a baja carga y a baja velocidad, completando así el proceso de exposición de la superficie dura del cojinete. Tras el ajuste final de las arandelas de ajuste, se obtiene un cojinete muy fiable y con alta capacidad de carga .

Antes de la llegada de los motores eléctricos de bajo costo , la energía se distribuía en las fábricas desde un motor central mediante ejes aéreos que giraban en cientos de cojinetes de Babbitt. [ 6 ] A menudo, se utilizaban correas de cuero, tela o caucho para transferir esta energía rotatoria a las máquinas en funcionamiento.

La expresión "rodamiento desgastado" también deriva de este tipo de rodamiento, ya que la falta de lubricación provoca una acumulación de calor debido a la fricción en el rodamiento, lo que finalmente lleva a que el metal del rodamiento se derrita y se salga del soporte.

Moderno

Hasta mediados de la década de 1950, los cojinetes de Babbitt fundido eran comunes en la industria automotriz. El Babbitt se vertía en el bloque o las tapas mediante un molde. Se utilizaba Babbitt a base de estaño, ya que soportaba las cargas de impacto en las bielas y el cigüeñal . Los cojinetes de Babbitt fundido se mantenían delgados. Las bielas y las tapas llevaban calces que se podían retirar a medida que el Babbitt se desgastaba. Se sabe que Ford utilizaba dos arandelas de 0,002" en cada tapa y Babbitt compuesto por un 86% de estaño , un 7% de cobre y un 7% de antimonio (véanse los catálogos de KRW para el Modelo T ). Se utilizaban calces de acero, ya que los de latón que se usan hoy en día tienden a comprimirse con el tiempo, lo que contribuye a una menor vida útil del cojinete. Los cojinetes de Babbitt fundido suelen tener una vida útil superior a 50 000 millas antes de necesitar ser reemplazados. [ 7 ] También se sabe que los cojinetes de Babbitt fundido fallan de forma gradual, lo que permite conducir el coche durante largos periodos de tiempo. Es poco probable que el cojinete averiado dañe el cigüeñal.

Ejemplo: cojinete de empuje moderno Miba Babbitt

Los cojinetes de cabeza de biela y del cigüeñal en los motores de automóviles actuales están hechos de una carcasa de acero reemplazable, fijada a las tapas de los cojinetes. La superficie interior de la carcasa de acero está recubierta de bronce , que a su vez está recubierto con una fina capa de metal Babbitt que actúa como superficie de apoyo.

El proceso de colocar esta capa de metal se conoce como Babbitting.

Alternativas

En muchas aplicaciones, los rodamientos de elementos rodantes , como los de bolas o rodillos , han sustituido a los rodamientos Babbitt. Si bien estos rodamientos ofrecen un coeficiente de fricción menor que los cojinetes lisos, su principal ventaja reside en su capacidad para funcionar de forma fiable sin necesidad de lubricación continua a presión. Los rodamientos de bolas y rodillos también pueden utilizarse en configuraciones que requieren soportar cargas axiales y radiales . Sin embargo, los rodamientos de elementos rodantes carecen de la amortiguación y la capacidad de soportar cargas de impacto que ofrecen los rodamientos de película fluida, como los Babbitt.

Aleaciones

  1. ↑ Los valores del límite elástico se tomaron de las curvas de tensión-deformación con una deformación del 0,125 % de la longitud calibrada. [ 8 ]
  2. ↑ El límite elástico aparente de Johnson se toma como la tensión unitaria en el punto donde la pendiente de la tangente a la curva es 2/3 veces su pendiente en el origen. [ 8 ]

Además de los grados ASTM B23, la norma británica BS 3332:1987 especifica composiciones químicas para ocho aleaciones de cojinetes de metal blanco en forma de lingote, incluidas cuatro variantes a base de estaño (por ejemplo, aleación A de BS 3332:1987) y cuatro variantes a base de plomo (por ejemplo, aleación G de BS 3332:1987) utilizadas para la fundición de cojinetes lisos. [ 10 ] Por ejemplo, la aleación A de BS 3332:1987 es a base de estaño con Sn (balance), Sb 7,0-8,0%, Cu 3,0-4,0%, Pb ≤0,35% y límites máximos de Zn 0,005%, Fe 0,10%, Ni 0,08%, entre otros; La aleación G según la norma BS 3332:1987 está compuesta principalmente de plomo, con Pb (el resto), Sn 4,5-6,5%, Sb 14,0-17,0% y As ≤0,3%. [ 11 ] [ 12 ] Estas normas garantizan niveles controlados de impurezas para la resistencia a la fatiga y la posibilidad de integración en aplicaciones de alta carga, como motores y turbinas.

Selección de aleación

El diseño del revestimiento Babbitt de un rodamiento generalmente se completa durante la fase de diseño de la máquina. Para seleccionar el tipo de Babbitt adecuado para una aplicación específica, se deben considerar varios factores, entre los que destacan la velocidad superficial del eje y la carga que debe soportar el rodamiento.

Si un cojinete va a soportar una carga elevada en relación con su tamaño, entonces es deseable una aleación con alto contenido de estaño, mientras que para trabajos a velocidades mucho menores y cojinetes con cargas menos pesadas, se puede emplear un Babbitt a base de plomo, que resulta mucho más económico.

  1. Velocidad superficial del eje (el número de pies recorridos por minuto circunferencialmente por el eje):
    Fórmula : S = π × D × RPM / 12.
    Ejemplo : Determine la velocidad superficial de un eje de 2 pulgadas de diámetro que gira a 1400 revoluciones por minuto (RPM):
    S = π × D × RPM / 12 = 3,1416 × 2 × 1400 / 12 = 733,04 pies/min,
    donde π = 3,1416, D = diámetro del eje en pulgadas, S = velocidad superficial del eje.
  2. Se requiere capacidad de carga para soportar (el peso que se ejerce a través de los pesos combinados del eje y cualquier otro peso directo sobre el eje y medido en libras-fuerza por pulgada cuadrada ):
    Fórmula : L = W / (ID × LOB).
    Ejemplo : Determine la carga sobre un cojinete de 2 pulgadas de diámetro interior, 5 pulgadas de longitud y que soporta un peso de 3100  lbf:
    W / (ID x LOB) = 3100 / (2 × 5) = 310 lbf/in 2 ,
    donde W = peso total soportado por el cojinete, ID = diámetro interior del cojinete, LOB = longitud del cojinete, L = carga requerida para soportar.

Si bien no están sujetos a cálculos precisos, también deben tenerse en cuenta las siguientes consideraciones:

  • Continuidad del servicio
  • Características de unión
  • Instalaciones de refrigeración
  • Lubricación
  • Limpieza
  • Programa de mantenimiento del rodamiento en uso

Por ejemplo, un rodamiento de uso continuo en un entorno hostil sin mantenimiento regular requerirá un tipo de Babbitt y una lubricación diferentes a los de un rodamiento de uso intermitente en un entorno limpio y de baja exigencia. Este proceso es, en esencia, la culminación de la pericia del técnico y la experiencia adquirida en la reconstrucción del rodamiento.

Si el rodamiento ha funcionado correctamente durante muchos años, entonces simplemente necesita ser reconstruido según sus especificaciones y formulación originales. En este caso, las principales preocupaciones del técnico son:

  1. preparación de la superficie de la carcasa del cojinete,
  2. Características de unión del compuesto de estañado y la capa de Babbitt, y
  3. Preparación y acabado de la superficie portante.

Eco-Babbitt

Eco-Babbitt es una aleación de 90 % Sn, 7 % Zn y 3 % Cu que técnicamente no es un metal Babbitt. Consulte Aleaciones de soldadura para obtener más información sobre Eco-Babbitt. [ 13 ]

Referencias

  1. ↑ Hellemans, Alexander; Bunch, Bryan (1988). The Timetables of Science . Simon & Schuster . p.  305. ISBN 0671621300.
  2. ↑ Isaac Babbitt, "Modo de fabricación de cajas para ejes y pivotes", Archivado el 16 de julio de 2020 en Wayback Machine . Patente estadounidense n.° 1252 (emitida el 17 de julio de 1839). Babbitt no patentó su aleación, aunque sí indica su formulación: "Las partes internas de las cajas deben revestirse con cualquiera de las composiciones más duras conocidas como metal britannia o peltre, cuyo material base es el estaño en bloque. He preparado un excelente compuesto para este propósito tomando unas 50 partes de estaño, cinco de antimonio y una de cobre, pero no pretendo limitarme a esta composición en particular".
  3. 1 2 Oberg y Green 1996 , pág. 2150 . 
  4. ↑ Diccionario American Heritage, 4.ª ed., entrada metal babbitt .
  5. ↑ "¿Qué es el metal Babbitt?" . DKL Metals Ltd . Consultado el 3 de mayo de 2026 .
  6. ↑ "Historia de los cojinetes Babbitt" . Milwaukee Bearing & Machining Inc. Consultado el 3 de mayo de 2026 .
  7. ↑ "Historia de los cojinetes Babbitt" . Milwaukee Bearing & Machining Inc. Consultado el 3 de mayo de 2026 .
  8. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 "El arte y la ciencia de la selección de Babbitt" . Kapp Alloy & Wire, Inc. Archivado del original el 21 de septiembre de 2013. Recuperado el 26 de octubre de 2012 .
  9. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 "Clasificaciones de Babbitt" . Kapp Alloy & Wire, Inc. Archivado del original el 21 de septiembre de 2013. Recuperado el 25 de octubre de 2012 .
  10. ↑ "BS 3332:1987 Especificación para lingotes de aleación de cojinetes de metal blanco" . BSI Knowledge . Consultado el 4 de diciembre de 2025 .
  11. ↑ "BS3332/A Aleación de cojinete de metal blanco" . DKL Metals Ltd. Consultado el 4 de diciembre de 2025 .
  12. ↑ "BS3332/G Aleación de cojinete de metal blanco" . DKL Metals Ltd. Consultado el 4 de diciembre de 2025 .
  13. ↑ Kapp Alloy & Wire, Inc. "Kapp Eco-Babbitt" . Kapp Alloy & Wire, Inc. Consultado el 10 de abril de 2013 .

Bibliografía

  • Houghton Mifflin (2000). The American Heritage Dictionary of the English Language (4.ª  ed.). Boston y Nueva York: Houghton Mifflin. ISBN 978-0-395-82517-4..
  • Oberg, Erik; Green, Robert E. (1996). Manual de maquinaria: Libro de referencia para el ingeniero mecánico, diseñador, ingeniero de fabricación, dibujante, fabricante de herramientas y maquinista . Industrial Press. ISBN 9780831125752.
  • "Cómo se moldea el metal blanco para fabricar los cojinetes de biela de las locomotoras de vapor" . Ropley, Mid Hants Railway. Archivado del original el 9 de octubre de 2011. Consultado el 1 de julio de 2011 .
  • "Cómo verter Babbitt en cojinetes" . WikiHow.