Tener puesto

El desgaste adhesivo puede encontrarse entre superficies durante el contacto por fricción y generalmente se refiere al desplazamiento y la adhesión no deseados de residuos de desgaste y compuestos de material de una superficie a otra. ^{[ 8 ]} Se pueden distinguir dos tipos de desgaste adhesivo:

1. El desgaste adhesivo se produce por el movimiento relativo, el "contacto directo" y la deformación plástica, que generan residuos de desgaste y transferencia de material de una superficie a otra.
2. Las fuerzas adhesivas cohesivas mantienen unidas dos superficies aunque estén separadas por una distancia medible, con o sin transferencia real de material.

Generalmente, el desgaste adhesivo se produce cuando dos cuerpos se deslizan o se presionan entre sí, lo que favorece la transferencia de material. Esto puede describirse como la deformación plástica de fragmentos muy pequeños dentro de las capas superficiales. Las asperezas o puntos elevados microscópicos ( rugosidad superficial ) presentes en cada superficie afectan la gravedad con la que los fragmentos de óxidos se desprenden y se adhieren a la otra superficie, debido en parte a las fuertes fuerzas adhesivas entre los átomos ^{[ 9 ]} , pero también a la acumulación de energía en la zona plástica entre las asperezas durante el movimiento relativo.

El tipo de mecanismo y la amplitud de la atracción superficial varían entre los diferentes materiales, pero se amplifican con el aumento de la densidad de la "energía superficial". La mayoría de los sólidos se adhieren en cierta medida al contacto. Sin embargo, las películas de oxidación, los lubricantes y los contaminantes presentes de forma natural suelen suprimir la adhesión, ^{[ 10 ]} y las reacciones químicas exotérmicas espontáneas entre superficies generalmente producen una sustancia con un estado energético bajo en las especies absorbidas. ^{[ 11 ]}

El desgaste adhesivo puede provocar un aumento de la rugosidad y la formación de protuberancias (es decir, bultos) por encima de la superficie original. En la fabricación industrial, esto se conoce como agarrotamiento , que finalmente rompe la capa superficial oxidada y se conecta con el material subyacente, lo que aumenta la posibilidad de una mayor adhesión ^{[ 11 ]} y un flujo plástico alrededor del bulto.

Un modelo simple para el volumen de desgaste por desgaste adhesivo,${\displaystyle V}$, puede describirse mediante: ^{[ 12 ] [ 13 ]}

${\displaystyle V=K{\frac {WL}{H_{v}}}}$

dónde${\displaystyle W}$es la carga,${\displaystyle K}$es el coeficiente de desgaste,${\displaystyle L}$es la distancia de deslizamiento, y${\displaystyle H_{v}}$es la dureza.

El desgaste abrasivo se produce cuando una superficie dura y rugosa se desliza sobre una superficie más blanda. ^{[ 9 ]} ASTM International lo define como la pérdida de material debido a partículas duras o protuberancias duras que se presionan contra una superficie sólida y se mueven a lo largo de ella. ^{[ 14 ]}

El desgaste abrasivo se clasifica comúnmente según el tipo de contacto y el entorno de contacto. ^{[ 15 ]} El tipo de contacto determina el modo de desgaste abrasivo. Los dos modos de desgaste abrasivo se conocen como desgaste abrasivo de dos cuerpos y de tres cuerpos. El desgaste de dos cuerpos ocurre cuando las partículas abrasivas o duras eliminan material de la superficie opuesta. La analogía común es la de material que se elimina o desplaza mediante una operación de corte o arado. El desgaste de tres cuerpos ocurre cuando las partículas no están restringidas y pueden rodar y deslizarse libremente por una superficie. El entorno de contacto determina si el desgaste se clasifica como abierto o cerrado. Un entorno de contacto abierto ocurre cuando las superficies están suficientemente desplazadas como para ser independientes entre sí.

Existen diversos factores que influyen en el desgaste abrasivo y, por lo tanto, en la forma en que se elimina el material. Se han propuesto varios mecanismos diferentes para describir la forma en que se elimina el material. Tres mecanismos de desgaste abrasivo comúnmente identificados son:

1. Arada
2. Corte
3. Fragmentación

El arado se produce cuando el material se desplaza lateralmente, alejándose de las partículas de desgaste, lo que da lugar a la formación de surcos que no implican la eliminación directa de material. El material desplazado forma crestas adyacentes a los surcos, que pueden ser eliminadas por el paso posterior de partículas abrasivas.

El corte se produce cuando el material se separa de la superficie en forma de residuos primarios o microvirutas, con poco o ningún material desplazado hacia los lados de las ranuras. Este mecanismo se asemeja mucho al mecanizado convencional.

La fragmentación se produce cuando el material se separa de una superficie mediante un proceso de corte y el abrasivo indentador provoca una fractura localizada del material de desgaste. Estas grietas se propagan libremente alrededor de la ranura de desgaste, lo que resulta en una mayor eliminación de material por descamación . ^{[ 15 ]}

El desgaste abrasivo se puede medir como pérdida de masa mediante la prueba de abrasión de Taber, según la norma ISO 9352 o ASTM D 4060.

El volumen de desgaste para el desgaste abrasivo simple,${\displaystyle V}$, puede describirse mediante: ^{[ 13 ]}

${\displaystyle V=\alpha \beta {\frac {WL}{H_{v}}}=K{\frac {WL}{H_{v}}}}$

dónde${\displaystyle W}$es la carga,${\displaystyle \alpha }$es el factor de forma de una aspereza (típicamente ~ 0,1),${\displaystyle \beta }$es el grado de desgaste de una aspereza (normalmente de 0,1 a 1,0),${\displaystyle K}$es el coeficiente de desgaste,${\displaystyle L}$es la distancia de deslizamiento, y${\displaystyle H_{v}}$es la dureza.

La fatiga superficial es un proceso en el que la superficie de un material se debilita por cargas cíclicas, y constituye un tipo de fatiga general de los materiales. El desgaste por fatiga se produce cuando las partículas de desgaste se desprenden debido al crecimiento cíclico de microfisuras en la superficie. Estas microfisuras pueden ser superficiales o subsuperficiales.

El desgaste por frotamiento es el roce cíclico y repetido entre dos superficies. Con el tiempo, este desgaste elimina material de una o ambas superficies en contacto. Suele ocurrir en cojinetes, aunque la mayoría de ellos tienen superficies endurecidas para resistir este problema. Otro problema se produce cuando se generan grietas en cualquiera de las superficies, lo que se conoce como fatiga por frotamiento. Este es el más grave de los dos fenómenos, ya que puede provocar una falla catastrófica del cojinete. Un problema asociado ocurre cuando las pequeñas partículas desprendidas por el desgaste se oxidan en el aire. Los óxidos suelen ser más duros que el metal subyacente, por lo que el desgaste se acelera a medida que las partículas más duras erosionan aún más las superficies metálicas. La corrosión por frotamiento actúa de la misma manera, especialmente en presencia de agua. Los cojinetes sin protección en grandes estructuras como puentes pueden sufrir una grave degradación de su comportamiento, especialmente cuando se utiliza sal durante el invierno para descongelar las carreteras que cruzan los puentes. El problema de la corrosión por frotamiento estuvo involucrado en la tragedia del Puente de Plata y en el accidente del Puente del Río Mianus .

El desgaste erosivo se define como un movimiento de deslizamiento extremadamente corto que se ejecuta en un breve intervalo de tiempo. Este desgaste es causado por el impacto de partículas sólidas o líquidas contra la superficie de un objeto. ^{[ 10 ] [ 16 ]} Las partículas impactantes eliminan gradualmente material de la superficie mediante deformaciones y acciones de corte repetidas. ^{[ 17 ]} Es un mecanismo muy común en la industria. Debido a la naturaleza del proceso de transporte, los sistemas de tuberías son propensos al desgaste cuando se transportan partículas abrasivas. ^{[ 18 ]}

La tasa de desgaste erosivo depende de varios factores. Las características del material de las partículas, como su forma, dureza, velocidad de impacto y ángulo de impacto, son factores primordiales junto con las propiedades de la superficie erosionada. El ángulo de impacto es uno de los factores más importantes y está ampliamente reconocido en la literatura. ^{[ 19 ]} Para materiales dúctiles, la tasa máxima de desgaste se encuentra cuando el ángulo de impacto es aproximadamente de 30°, mientras que para materiales no dúctiles la tasa máxima de desgaste ocurre cuando el ángulo de impacto es normal a la superficie. ^{[ 19 ]} Un análisis teórico detallado de la dependencia del desgaste erosivo del ángulo de inclinación y las propiedades del material se proporciona en. ^{[ 20 ]}

Para una morfología de partícula dada, la tasa de erosión,${\displaystyle E}$, se puede ajustar con una dependencia de ley de potencias en la velocidad: ^{[ 16 ]}

${\displaystyle E=kv^{n}}$

dónde${\displaystyle k}$es una constante,${\displaystyle v}$es la velocidad, y${\displaystyle n}$es un exponente de velocidad.${\displaystyle n}$Suele estar entre 2 y 2,5 para los metales y entre 2,5 y 3 para las cerámicas.

El desgaste por corrosión y oxidación se produce tanto en contactos lubricados como secos. La causa fundamental son las reacciones químicas entre el material desgastado y el medio corrosivo. ^{[ 21 ]} El desgaste causado por una acción sinérgica de esfuerzos tribológicos y corrosión también se denomina tribocorrosión .

En condiciones de fricción por deslizamiento, el comportamiento de desgaste de los materiales metálicos está fuertemente influenciado por el endurecimiento por deformación superficial, la formación de tribocapas, los procesos de oxidación y la morfología de las partículas de desgaste. Los aceros al manganeso austeníticos y las fundiciones grafitizadas pueden presentar diferentes mecanismos de desgaste dependiendo de las condiciones de contacto, la distribución del grafito y la estabilidad de las capas superficiales mezcladas mecánicamente. ^{[ 22 ] [ 23 ] [ 24 ] [ 25 ]}

El desgaste por impacto se produce por el contacto entre dos cuerpos. A diferencia del desgaste erosivo, el desgaste por impacto siempre ocurre en el mismo punto, bien definido. Si el impacto se repite, generalmente se produce con una energía cinética constante en el momento del impacto. La frecuencia de los impactos puede variar. El desgaste puede ocurrir en ambos cuerpos, pero normalmente uno de ellos tiene una dureza y tenacidad significativamente mayores, por lo que su desgaste se suele ignorar.

Otros tipos de desgaste menos comunes son la cavitación y el desgaste difusivo. ^{[ 6 ]}

El coeficiente de desgaste es un coeficiente físico que se utiliza para medir, caracterizar y correlacionar el desgaste de los materiales.

El análisis de lubricantes es una forma alternativa e indirecta de medir el desgaste. En este caso, el desgaste se detecta por la presencia de partículas de desgaste en un lubricante líquido. Para obtener más información sobre la naturaleza de las partículas, se pueden realizar análisis químicos (como XRF, ICP-OES), estructurales (como ferrografía ) u ópticos (como microscopía óptica ). ^{[ 28 ]}

Los avances recientes en el diagnóstico del desgaste han incorporado cada vez más el análisis de imágenes digitales y las técnicas de caracterización de superficies integradas por computadora para estudiar la morfología, la distribución del tamaño y la evolución de las partículas de desgaste formadas durante el contacto por fricción. Estos enfoques complementan los métodos clásicos de evaluación del desgaste al permitir la identificación automatizada de los mecanismos de daño y los procesos de degradación subsuperficial. Las aplicaciones avanzadas incluyen el uso de visión artificial y algoritmos basados ​​en datos para analizar los productos de desgaste en tribosistemas metálicos, incluidos los aceros afectados por hidrógeno sometidos a condiciones de carga a largo plazo. ^{[ 29 ]}

También se ha explorado el reconocimiento automatizado de partículas de desgaste utilizando técnicas de inteligencia artificial y macrodatos para mejorar el mantenimiento predictivo y la monitorización del estado de los sistemas de ingeniería. ^{[ 30 ]}

En términos más generales, el análisis sistemático de la morfología de los residuos de desgaste se ha reconocido desde hace tiempo como una herramienta importante para comprender los mecanismos de desgaste y las transiciones entre regímenes de desgaste leve y severo. ^{[ 31 ] [ 32 ]}

Por lo tanto, la investigación tribológica moderna combina cada vez más las técnicas experimentales tradicionales con la metrología digital de superficies y la interpretación de los procesos de desgaste asistida por aprendizaje automático. ^{[ 33 ]}