UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO

Facultad de Ingeniería

Escuela Académica Profesional de Ingeniería de Materiales

TEMA: LABORATORIO Nº 04 “ENSAYO DE DESGASTE ADHESIVO

EN SECO SEGÚN NORMAASTM G-83 ”

CURSO: LABORATORIO DE DESGASTE Y TRIBOLOGÍA

DOCENTE: ING. IVAN VASQUEZ ALFARO

INTEGRANTES: ARMAS MARINO, Sara Alejandra

CALIPUY CATANGA, Ery Milciades

CARGUAYO PAREDES, Victor Antonio

CHUQUIMANGO YEPEZ, Cristian

DIAS QUIÑONES, Alex

ZAPATA LLOJA, Jimy

TURNO: VIERNES 3:00 – 5:00 pm

GRUPO: 2

FECHA: 1/06/2012

TRUJILLO – PERU

Junio 2012

ENSAYO DE DESGASTE POR ROZAMIENTO BAJO NORMA ASTM G 83 CON TRIBOMETRO ADAPTADO

1. RESUMENEl siguiente ensayo se evaluó el desgaste adhesivo en tres materiales: acero 1045, cobre puro y resina poliéster, en la adaptación de un tribómetro de cilindros cruzados, bajo la norma ASTM G 83. Para lograr dicho objetivo, se habilitó una maquina que representaría a la maquina oficial de cilindros cruzados, cambiando la dimensionalidad de las probetas a analizar, pero tendrían el mismo fundamento de funcionalidad: una probeta móvil y una probeta fija las cuales fueron maquinadas y desbastadas. Se uso como desgastador (probeta fija) una pastilla de carburo de tungsteno. Con el volumen de metal perdido según el procedimiento sin el uso de lubricante, se calculo el porcentaje de desgaste adhesivo. Los resultados obtenidos indicaron que el material con mayor resistencia al desgaste es el acero SAE 1045.

2. OBJETIVOS:2.1. Determinar el volumen de desgaste. 2.2. Determinar la velocidad de desgaste. 2.3. Determinar el coeficiente de desgaste.

3. ANTECEDENTES

3.1. EVALUACIÓN DEL DESGASTE ADHESIVO DEL ACERO AISI –SAE 1020. JOSÉ LUIS TRISTANCHO, OSCAR FABIÁN HIGUERA, LUIS CARLOS FLOREZ. Grupo de Investigaciones en Materiales Avanzados GIMAV – Universidad Tecnológica de Pereira. Colombia. En esta investigación se evaluó el comportamiento del acero AISI –SAE 1020 al ser sometido a desgaste adhesivo en un tribómetro de cilindros cruzados, el ensayo se realizó bajo norma ASTM G83 – 96. [1].

3.2. DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN TRIBOMETRO DE CILINDROS CRUZADOS, BAJO NORMA TÉCNICA ASTM G83 – 96. JOSÉ LUIS TRISTANCHO R, LUZ ADRIANA CAÑAS M. Universidad Tecnológica de Pereira. Colombia. Durante el desarrollo de esta investigación se diseñó construyó y puso en funcionamiento una máquina de cilindros cruzados bajo norma técnica ASTM G83, con el fin de evaluar el desgaste adhesivo de diferentes materiales. [2]

3.3. EVALUACIÓN DE LA RESISTENCIA AL DESGASTE ADHESIVO DEL ACERO AUSTENÍTICO AL MANGANESO SOMETIDO A CICLOS TÉRMICOS. Oscar Fabián Higuera, Carlos Mauricio Moreno Téllez, Manuela Gutiérrez Ramírez. Universidad Pedagógica y Tecnológica de Colombia. Este artículo presenta el resultado de una investigación acerca del efecto de ciclos térmicos de temple y revenido sobre la resistencia al desgaste adhesivo del acero austenítico al manganeso (9.4Mn1C1.9Cr1Si). El material se caracterizó química y metalográficamente. Posteriormente, el material fue sometido a la prueba de cilindros cruzados según norma ASTM G-83, con el fin de determinar su comportamiento al desgaste adhesivo. Los resultados indican que la probeta revenida a200°C tiene un mayor periodo de endurecimiento por deformación que las revenidas a 400 y 800°C, lo cual la hace más resistente al desgaste, mejorando así las características de la muestra en estado de suministro. [3]

3.4. EFECTO DEL PRECALENTAMIENTO Y LA SEVERIDAD DE TEMPLE SOBRE LA RESISTENCIA AL DESGASTE ADHESIVO DEL ACERO AUSTENÍTICO AL MANGANESO. OSCAR FABIÁN HIGUERA COBOS, CARLOS MAURICIO MORENO TELLEZ, CAROLINA RAMIREZ MONTES. Ingeniera Mecánica, Universidad Tecnológica de Pereira, Colombia. En este trabajo de investigación se estudió el efecto del precalentamiento y la severidad de temple sobre la resistencia al desgaste adhesivo del acero austenítico al manganeso ASTM A 128 grado C. El material se sometió a ciclos térmicos de temple y revenido con y sin precalentamiento con el fin de evaluar su influencia sobre la resistencia al desgaste. Posteriormente el material fue sometido a prueba según norma ASTM G83 y se determinó que el acero Austenítico al manganeso, es un material que presenta una microestructura metaestable en condiciones estables y no debe ser sometido a tratamiento térmico de revenido a altas temperaturas debido que favorece la descomposición de esta a ferrita (fase blanda de los acero) y por ende disminuye su resistencia al desgaste. [4]

2. FUNDAMENTO TEÓRICO2.1. DESGASTE

Se presenta desgaste cuando un material es removido o desplazado por efecto de la interacción de las superficies de dos sólidos en contacto, que están sometidas a una carga y que se encuentran en movimiento relativo, este movimiento puede darse en una o varias direcciones. El desgaste es el resultado del arranque o desprendimiento de viruta que se causa a través de las áreas que se encuentran en contacto. [5]

FIGURA 1.- Tipos de Desgaste.

2.2. DESGASTE ADHESIVO

El desgaste adhesivo invariablemente se asocia con la formación de uniones adhesivas en la interface. Para que una unión adhesiva se forme, las superficies que actúan recíprocamente deben estar en contacto íntimo. La fuerza de estas uniones depende en mayor grado de la naturaleza fisicoquímica de las superficies puestas en contacto. Se pueden identificar tres tipos de desgaste adhesivo, según su mecanismo; por fatiga, elástico y por micro corte; además, estos se pueden presentar en dos cuerpos o en tres cuerpos. El volumen de material removido por el proceso de desgaste adhesivo puede ser estimado con el modelo propuesto por Archard.

V= KPL3 H

Donde V es la pérdida volumétrica del material más blando después del deslizamiento a una distancia L a una carga normal a la superficie de desgaste P. H es la dureza Brinell del material más blando y K es el coeficiente adimensional de desgaste estándar. La distancia de deslizamiento puede ser calculada según la expresión:

L=2 πrR

Donde R son las revoluciones a las cuales gira la máquina y r el radio de la probeta en milímetros. Para valores conocidos de V, L, P y H, el coeficiente de desgaste K se puede calcular según la ecuación (1). Para un material en particular puede apreciarse que V puede ser calculado con la pérdida de masa en gramos y la densidad en gramos por centímetro cúbico. El coeficiente de desgaste es una función de varias propiedades de los materiales en el contacto. La ecuación anterior es válida para contactos secos únicamente. El desgaste adhesivo está influenciado por los siguientes parámetros: estructura electrónica, estructura cristalina, orientación de la estructura cristalina y fuerza cohesiva. La pérdida por desgaste puede ser determinada midiendo el cambio depesos o el cambio dimensional. Es necesario que un espécimen en estado de suministro u original sea pesado, y que el peso del objeto después de la exposición al desgaste sea determinado y restado del original para determinar la diferencia en el peso (es decir, el cambio de masas). La cantidad de desgaste puede ser descrita por la cantidad absoluta de pérdida de peso (en gramos), o por la tasa de pérdida de masas por unidad de uso (gramos por día), o por un cambio fraccionario de la masa de la parte involucrada (el cambio del 1 % por 100 horas de operación). En la mayor parte de las normas ASTM, la unidad que se utiliza para describir el desgaste son los milímetros cúbicos de volumen, más que la masa, de modo que los materiales con densidades diferentes pueden ser comparados [2]. La perdida volumétrica de material puede ser calculada usando la siguiente expresión [15]:

Volumen material perdido=masa perdida (gr )

densidad ( grcm3 )

× 1000

La velocidad a la cual se desgasta el material puede ser calculada según la siguiente expresión:

Velocidad dedesgaste=masa perdida (gr)

tiempo(min)

FIGURA 2.- Coeficientes de fricción de materiales que se deslizan sobre una superficie de un acero no lubricado.

2.3. SUPERFICIES DE CONTACTOSon los rugosimetros los equipos que registran las irregularidades que se presentan en las superficies con diferentes magnificaciones en las direcciones vertical y horizontal, siendo mayor normalmente la magnitud vertical. Es importante señalar que debido a estas diferencias en las magnitudes los perfiles registrados no representan la realidad de las irregularidades presentadas por las superficies. La verdadera forma de las superficies consiste en picos con ángulos de inclinación respecto a la línea base de menos de 15º. Para la evaluación de los modelos de desgaste se debe considerar la diferencia entre la superficie registrada y la superficie real. [6]

FIGURA 3.- Áreas de contacto aparente y real.

La fricción y el desgaste de dos superficies sólidas en contacto y sin ningún tipo de lubricación dependen del tipo de irregularidades superficiales que se involucren; a saber se conocen los siguientes casos:

Deformación Elástica: se da cuando la carga aplicada y la adhesión no conlleva a la aparición de esfuerzos en la zona de contacto que excedan el límite de fluencia del material. El daño en el material o desgaste solo ocurre bajo fatiga por fricción.

Deformación Plástica: se presenta cuando se aplica una fuerza, a las dos superficies que están en contacto, que sobrepasa el valor crítico “límite elástico”, originando una zona plástica rodeada de material deformado elásticamente.

Microcorte: se da cuando los esfuerzos de contacto en la deformación alcanzan valores tan altos que ocasionan daño en las condiciones del flujo del material deformado alrededor de la aspereza penetrante. En este caso tanto la velocidad, la temperatura como el medio juegan un papel importante.

Perturbación de la Adhesión: en esta etapa se aumentan los esfuerzos de contacto y se presentan las deformaciones que acompañan simultáneamente los procesos de fatiga.

Ruptura Cohesional: se presenta cuando el enlace de fricción es mayor que la resistencia del material subyacente y provoca rasgaduras a ciertas profundidades. [6]

2.4. ENSAYO ESTÁNDAR PARA MEDIR EL DESGASTE CON APARATO DE CILINDROS CRUZADOS.

La norma técnica ASTM G83 estandariza el ensayo de desgaste con una máquina de cilindros cruzados. El ensayo consiste en realizar una prueba de laboratorio para determinar el desgaste por fricción de dos materiales. [6]El ensayo puede realizarse para materiales iguales o diferentes, cuando el par tribológico está conformado por el mismo material (materiales iguales) los resultados de la prueba serán reportados como el volumen total perdido por el par tribológico, así como el volumen perdido por cada componente del par.En la siguiente tabla se muestra las características de cada procedimiento dependiendo de la naturaleza del material, así como las especificaciones.

TABLA 1. Clasificación y descripción de los parámetros aplicados en el desgaste adhesivo según la norma ASTM G 83 – 96.

PRO-CEDIMIEN

TO

DESCRIPCIONCARGA

APLICADA(Kg-f)

TIEMPO(min)

VELOCIDAD(rev/min)

A

Prueba relativamente severa para materiales metálicos que tienen alta

resistencia al desgaste. Los materiales con resistencia al desgaste categoría aceros rápidos son particularmente

adecuados para esta prueba.

7.26 200 400

BVariación a corto plazo del

Procedimiento A.7.26 100 400

C

Variación de velocidad más baja y de corto plazo del procedimiento A es que particularmente útil en la clasificación

de materiales de baja resistencia al desgaste. [8]

7.26 100 100

Las probetas que sean sometidas al ensayo deben presentar las siguientes dimensiones, 12. 7 mm (0.5 in) de diámetro y 102 mm (4 in) de largo, con una rugosidad máxima de 1.25 µm. [6]

FIGURA 4. Tribómetro según Norma ASTM G83.

FIGURA 5. Especificaciones de la probeta según ASTM G 83.

2.5. ADAPTACION DE LA MAQUINA TRIBOLOGIA

La maquina tribológica adaptada por nuestro grupo, esta acondicionada a un motor proveniente de un esmeril. Este posee una velocidad de 3450 rpm y una potencia de ½ HP. Se le ha construido un brazo de acero de 20 cm de longitud y 2.54 cm de diámetro instalado al costado del pilar sobre el cual va fijado el motor, el cual se encargara de aplicar una carga fija de 1.6 Kg a la probeta móvil o rodante colocándola encima de esta. El mismo brazo posee un porta-pastillas removible y ajustable fabricado de acero para colocar una pequeña muestra; ésta se fijaría en la parte inferior del porta-pastillas. Para evitar vibraciones ocasionadas por el movimiento del motor, se adaptaron dos conectores de acero los cuales fueron soldados y pegados en la pared con tornillos logrando una mayor estabilidad mientras se realice el ensayo.Los dos pilares descritos anteriormente: el pilar que sostiene al motor y el pilar que sostiene al brazo aplicador de carga fueron fijados al piso de cemento usando tornillos los cuales fueron colocados con la ayuda de un taladro. Con respecto al tiempo de ensayo, según la norma ASTM G – 83, estipula 100 minutos para una velocidad de 100 rpm, entonces aplicando una regla de 3 inversas, el tiempo para el ensayo se establece en 2 minutos y 45 segundos.

3. MATERIAL DE ESTUDIO3.1. CARACTERIZACION DE LAS MUESTRASEl material utilizado en estas muestras giratorias fueron de cobre, resina poliéster y acero 1045. Estas probetas fueron adaptadas para usarlas en el tribómetro diseñado por el grupo.

3.1.1. COBRE

Es el elemento químico de número atómico 29. Se trata de un metal de transición de color rojizo y brillo metálico que, junto con la plata y el oro, forma parte de la llamada familia del cobre, se caracteriza por ser uno de los mejores conductores de electricidad (el segundo después de la plata). Gracias a su alta conductividad eléctrica, ductilidad y maleabilidad, se ha convertido en el material más utilizado para fabricar cables eléctricos y otros componentes eléctricos y electrónicos.

FIGURA 6. Cojinetes.

3.1.1.1. CARACTERÍSTICAS DEL COBRE Propiedades físicas

El cobre posee varias propiedades físicas que propician su uso industrial en múltiples aplicaciones, siendo el tercer metal, después del hierro y del aluminio, más consumido en el mundo. Es de color rojizo y de brillo metálico y, después de la plata, es el elemento con mayor conductividad eléctrica y térmica. Es un material abundante en la naturaleza; tiene un precio accesible y se recicla de forma indefinida; forma aleaciones para mejorar las prestaciones mecánicas y es resistente a la corrosión y oxidaciónLa conductividad eléctrica del cobre puro fue adoptada por la Comisión Electrotécnica Internacional en 1913 como la referencia estándar para esta magnitud, estableciendo el International Annealed Copper Standard (Estándar Internacional del Cobre Recocido) o IACS. Según esta definición, la conductividad del cobre recocido medida a 20 °C es igual a 58,108 S/m. A este valor de conductividad se le asigna un índice 100% IACS y la conductividad del resto de los materiales se expresa en porcentaje de IACS. La mayoría de los metales tienen valores de conductividad inferiores a 100% IACS pero existen excepciones como la plata o los cobres especiales de muy alta conductividad designados C-103 y C-110. [1]

Propiedades mecánicas

Tanto el cobre como sus aleaciones tienen una buena maquinabilidad, es decir, son fáciles de mecanizar. El cobre posee muy buena ductilidad y maleabilidad lo que permite producir láminas e hilos muy delgados y finos. Es un metal blando, con un índice de dureza 3 en la escala de Mohs (50 en la escala de Vickers) y su resistencia a la tracción es de 210 MPa, con un límite elástico de 33,3 MPa. Admite procesos de fabricación de deformación como laminación o forja, y procesos de soldadura y sus aleaciones adquieren propiedades diferentes con tratamientos térmicos como temple y recocido. En general, sus propiedades mejoran con bajas temperaturas lo que permite utilizarlo en aplicaciones criogénicas.

Características químicas

En la mayoría de sus compuestos, el cobre presenta estados de oxidación bajos, siendo el más común el +2, aunque también hay algunos con estado de oxidación +1. [2]

3.1.2. ALUMINIO

El aluminio es el tercer elemento más común encontrado en la corteza terrestre. Los compuestos de aluminio forman el 8% de la corteza de la tierra y se encuentran presentes en la mayoría de las rocas, de la vegetación y de los animales.

El aluminio puro es un metal suave, blanco y de peso ligero. Al ser mezclado con otros materiales como: silicón, cromo, tungsteno, manganeso, níquel, zinc, cobre, magnesio, titanio, circonio, hierro, litio, estaño y boro, se producen una serie de aleaciones con propiedades específicas que se pueden aplicar para propósitos diferentes.

FIGURA 7. Tuberías de aluminio..

3.1.2.1. CARACTERÍSTICAS.DEL ALUMINIO

Características físicas

El aluminio es un elemento muy abundante en la naturaleza, sólo aventajado por el silicio y el oxígeno. Se trata de un metal ligero, con una densidad de 2700 kg/m3, y con un bajo punto de fusión (660 °C). Su color es blanco y refleja bien la radiación electromagnética del espectro visible y el térmico. Es buen conductor eléctrico (entre 34 y 38 m/(Ω mm 2)) y térmico (80 a 230 W/(m·K)). [3]

Características mecánicas

Mecánicamente es un material blando (Escala de Mohs: 2-3-4) y maleable. En estado puro tiene un límite de resistencia en tracción de 160-200N/mm2 (160-200 MPa). Todo ello le hace adecuado para la fabricación de cables eléctricos y láminas delgadas, pero no como elemento estructural. Para mejorar estas propiedades se alea con otros metales, lo que permite realizar sobre él operaciones de fundición y forja, así como la extrusión del material. También de esta forma se utiliza como soldadura.

Características químicas

La capa de valencia del aluminio está poblada por tres electrones, por lo que su estado normal de oxidación es III. Esto hace que reaccione con el oxígeno de la atmósfera formando con rapidez una fina capa gris mate de alúmina Al2O3, que recubre el material, aislándolo de ulteriores corrosiones. Esta capa puede disolverse con ácido cítrico. A pesar de ello es tan estable que se usa con frecuencia para extraer otros metales de sus óxidos. Por lo demás, el aluminio se disuelve en ácidos y bases. Reacciona con facilidad con el ácido clorhídrico y el hidróxido sódico.

3.1.2.2. CONSTANTES FÍSICAS Y QUÍMICAS DEL ALUMINIO:

» Peso atómico 26.9

» Punto de fusión 660ºC

» Punto de ebullición 2.467ºC

» Gravedad específica 2.7 g/ml

» Estructura cristalina red cúbica centrada en las caras

3.1.3. ACERO SAE 1045.3.1.3.1. Características

Superior a los aceros de fabricación nacional debido a su control de calidad. Acero utilizable: tratado, recocido o templado superficialmente.

Estado de suministro Sin tratamiento térmico. Dureza de Suministro 207 HB máx. Colores de Identificación Azul – Amarillo – Verde Formato Barras redondas y planchas

3.1.3.2. Composición química.

3.1.3.3. Propiedades Mecánicas.

3.1.3.4. Propiedades Físicas.

3.1.3.5. Aplicaciones Coronas de arranque, catalinas, ejes transmisores de baja carga, árboles de transmisión, pernos, tuercas, ganchos, pines de sujeción, pasadores, cuñas, chavetas, arandelas, portamatrices, pernos. [4]

3.1.4. RESINA POLIÉSTER.Esta resina cuenta con muy buenas características de humectación, dureza y propiedades mecánicas. Además tiene excelente resistencia al escurrimiento, así como, buenos tiempos de curado y desbaste.

FIGURA 8. Estructura química del poliéster.El poliéster es una resina que requiere de la adición de un acelerador, el cual regula los tiempos de la reacción, y un catalizador que permite el inicio de la reacción.Por medio de la reacción de condensación, los poliésteres, forman cadenas de moléculas de ácidos y de alcohol. Si dichas cadenas contienen enlaces no saturados, el enlace cruzado puede ser proporcionado por una molécula de estireno. [5]

3.1.4.1. Propiedades Dependan del tipo de resina, del tipo y porcentaje de material de refuerzo o carga y del sistema de catálisis, algunas propiedades generales que presenta son: La posibilidad de curado a temperatura ambiente • No es necesario aplicar presión

para la transformación

• Obtención de un gran número de formas diferentes.• Posibilidad de moldeo de piezas grandes y complejas a precios competitivos a pequeñas y medianas escalas de producción• Estabilidad dimensional muy buena.• Excelente resistencia a ambientes químicamente agresivos• Buenas propiedades mecánicas y eléctricas• Resistencia a la temperatura (hasta 120°C)• Resistencia al impacto moderada.• Baja absorción de agua. Tiene una dureza 100 en la escala Rockwell (R) con un penetrador esférico de ½” de radio y una carga de 60 Kg.

3.1.4.2. Aplicaciones Los poliésteres instaurados reforzados con fibra de vidrio se usan para fabricar paneles de automóviles y autopartes. Este material se usa también para pequeñas plataformas de barcos y en la industria de la construcción para fabricar paneles y componentes de baños. Los poliésteres insaturados reforzados se usan también en tuberías, tanques y ductos donde se requiere buena resistencia a la corrosión. [1]

3.2. DIMENSIONES DE LA MUESTRA Y DESGASTADORPara la realización de los ensayos de dureza superficial y resistencia al desgaste se utilizan probetas de forma de disco de 40 mm de diámetro exterior y 14 mm de diámetro interior y 10 mm de espesor.

PROBETA GIRATORIA:

DIAMETRO EXTERNO 40 mm

DIAMETRO INTERNO 14 mm

ESPESOR 10 mm

El desgastador es de material WIDIA (Tungsteno Carburado) en forma de pastilla de superficie rectangular con una dureza de 77.33 HRC, cuyas medidas son 30 x 14 x 6 mm.

PROBETA ESTACIONARIA:

LARGO 30 mm

ANCHO 14 mm

ALTURA 6 mm

4. MATERIALES USADOS EN EL ENSAYO4.1. MATERIALES:

Materiales Cantidad Medidas Costo (S/.)

Probeta circular hueca de acero

1De = 4 cm;Di = 1.3 cm

12.5

Probeta circular hueca de cobre

1De = 4 cm;Di = 1.3 cm

12.5

Probeta circular hueca de resina

poliéster1

De = 4 cm;Di = 1.3 cm

6.0

Lijas de agua 2 220, 600 2

Desgastador 1 30 x 14 x 6 mm 60

4.2. HERRAMIENTAS:

4.3. EQUIPOS:

EQUIPO MARCA VELOCIDAD FASE POTENCIA TENSIÓN

MAQUINA TRIBOLOGICA

ADAPTADA(motor)

RYOBI 3450 RPM 1 ½ HP 220 V

Herramientas Cantidad Costo (S/.)

Vernier 1

Cortesía delLaboratorioLlave ajustable 1

Secadora 1

EQUIPO MARCA MODELO/SERIE ERROR SENSIBILIDAD

BalanzaH.W

KesselAND-HR-200 0.0001g 210 g

DESGASTE POR ROZAMIENTO Y SISTEMA TRIBOLOGICO

Colocar y fijar la pieza a desgastar (ya preparada) en la máquina.

Poner en contacto el desgastador con la pieza de trabajo

Encender la maquina (3450 rpm) y proceder con el ensayo (t = 2.75 min)

Limpiar y pesado final

Comparación de resultados

5. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL

4.1 Preparación de las Probetas:

Lijar las probetas circulares huecas por la cara exterior.

FIGURA 9. Lijado de la probeta,

Lavar las probetas con detergente.

FIGURA 10. Cepillado y Lavado de probetas

Secarlas con una franela y después con una secadora de cabello.

FIGURA 11. Secado con franela y secadora

Medir con la ayuda de un vernier tanto el diámetro exterior como el diámetro interior.

FIGURA 12. Midiendo el diámetro externo e interno de las probetas

Pesar las probetas de acero 1045, aluminio, cobre, carburo de tungsteno y resina poliéster en una balanza electrónica (masa inicial).

FIGURA 13. Pesado de las probetas (masa inicial).

4.2 Ensayo de Desgaste de las probetas:

Se adaptó un motor que era de un esmeril (con fuerza de ½ Hp y velocidad de 3450rpm) con la finalidad de poder simular el desgaste de las probetas y se maquino un brazo que pesa 1627.40 gr(donde va el desgastador).

FIGURA 14. Máquina para ensayo de desgaste por rozamiento.

4.3. Ensayo de Desgaste de las Probetas

Introducir una probeta cilíndrica en el eje de la parte del motor. Fijar bien la probeta al eje. Bajar el brazo del torno donde se encuentra el desgastador (carburo de tungsteno),

sobre la probeta a ensayar.

Alinear bien la probeta tanto de manera horizontal como transversal (tener cuidado de que no esté inclinado.

Encender la máquina desgastadora durante un tiempo de 2.45 minutos. Anotar los cambios que se producen en el desgaste. Pesar las probetas desgastadas y el desgastador (masa final).

Nota: Así se realizo el ensayo para todas las probetas.

FIGURA 15. Colocando la probeta FIGURA 16. Probeta ajustada y ajustar la tuerca

FIGURA 17. Brazo de carga con ranura para que encaje la pieza desgastadora

FIGURA 18. Colocando un brazo como carga y luego bajar el brazo de carga

FIGURA 19. Destornillando para sacar la probeta FIGURA 20. Pesada final

6. RESULTADOS

TABLA 2. Materiales después de ser sometidos a un ensayo de dureza

MATERIAL DUREZADUREZA ESCALA

BRINELLACERO 1045 10.08 HRC 190COBRE 31.30 HRA 240.32RESINA POLIESTER 42.00 HRF 50.59ALUMINIO 80.60 HV 71.59

Para el tiempo establecido: 2 minutos y 45 segundos, se obtuvieron los siguientes resultados

TABLA 3. Representación del desgaste como % de pérdida de peso

MATERIALPESO

INICIAL(gr)

PESO FINAL

(gr)

DIFERENCIA DE PESO∆gr

% de desgaste

CARBURO DE TUNGSTENO 19.7612 19.7599 0.0013 0.0066ACERO 1045 79.2977 79.1862 0.1115 0.1406COBRE 86.9855 81.9773 5.0082 5.7575RESINA POLIESTER CILINDRICA

11.2809 10.95 0.3309 2.9333

RESINA POLIESTER RECTANGULAR

2.6919 2.5135 0.1784 6.6273

ALUMINIO 32.9613 32.8871 0.0742 0.2251

TABLA 4. Datos para realizar cálculos de desgaste.

MATERIALDENSIDAD

(g/cm3)TIEMPO

(min)DISTANCIA

(mm)DUREZA

(HB)CARGA

(Kg)ACERO 1045 7.87 2.75 1132622.69 190 1.6COBRE 8.96 2.75 1138583.863 40 1.6RESINA POLIESTER

1.16 2.75 849467.018613

1.6

ALUMINIO 2.7 2.75 1031282.766 22 1.6

TABLA 5. Resultados de los cálculos realizados según ecuaciones 2 y 3.

MATERIALVELOCIDAD DE

DESGASTE(gr/min)

COEFICIENTE DE FRICCION EXPERIMENTAL

(K)

VOLUMEN PERDIDO

(mm3)ACERO 1045 0.041 4.46E-03 14.168COBRE 1.821 3.68E-02 558.951RESINA POLIESTER

0.120 8.19E-03 285.259

ALUMINIO 0.027 1.10E-03 27.481

7. DISCUSION DE RESULTADOS

Según las operaciones de diferencia de masa y volumen, el material que se ha desgastado en un mayor porcentaje ha sido la resina poliéster, usada como desgastador y desgastando al mismo material (resina). Este resultado se debe a su estructura polimérica, el cual, al ser formado por cadenas reticuladas, tienden a deformarse más rápido que cualquier otro material (metales, cerámicos). Asimismo este material ha sufrido una degradación mecánica debido a las fuerzas de fricción aplicadas al momento del ensayo, produciendo la ruptura de enlaces covalentes y formando radicales libres, los cuales han reaccionado con el oxigeno presente en el ambiente formando un nuevo compuesto el cual se ha distinguido por la presencia de un fuerte olor al momento del ensayo.Con respecto a los metales usados en la práctica, el de mayor porcentaje de pérdida de masa ha sido el cobre (Cu), ya que su elevada maleabilidad y ductilidad, es decir la opción a deformarse rápidamente, permite el desprendimiento inmediato de materia al someterlo a desgaste usando como desgastador el carburo de tungsteno. Asimismo, si observamos los resultados de dureza, el Cu posee mayor dureza que el Al, podemos deducir que la dureza en este tipo de materiales no influye en los resultados obtenidos.Con respecto al acero, la presencia de elementos aleantes en su estructura es lo que le otorga esta elevada resistencia al desgaste logrando arrancar un pequeño porcentaje de materia (0.1406%), de la misma manera el desgastador de carburo de Tungsteno posee

mayor número de elementos aleantes el cual le brinda, aparte de una elevada dureza, una excelente resistencia al desgaste, 0.0066% del material fue arrancado en este caso, y eso que no solo fue una, sino muchas pruebas a las que fue sometido este desgastador. Ahora, los resultados obtenidos según las ecuaciones 1 y 2, nos dicen que el cobre (Cu) es el material que posee una mayor velocidad de desgaste 1.821 gamos por minuto y un mayor coeficiente de desgaste 3.68E-02 a comparación de los demás materiales, obviamente el acero 1045 es el posee menor velocidad de desgaste, perdiendo 0.041 gr por minuto y como coeficiente de desgaste 4.46E-03. Por eso ese tipo de acero es usado en muchas aplicaciones industriales y mecánicas.

Además, si comparamos los porcentajes de pérdidas de masa en los ensayos de desgaste adhesivo con lubricante y en seco, se puede apreciar que el cobre es el que posee una mayor perdida en seco que en húmedo, el que se conserva mas es el acero 1045.

ACERO 1045 COBRE RESINA POLIESTER

ALUMINIO0.000.501.001.502.002.503.003.504.004.505.005.506.00

Comparación de porcentaje de pérdida de masa en ensayo adhesivo

% de desgaste en seco% desgaste con lubricante

materiales ensayados

porc

enta

je d

e de

sgas

te

GRAFICO 1. Comparación de resultados de las prácticas en desgaste adhesivo en seco y con lubricante

8. CONCLUSIONESCon respecto a los resultados obtenidos aplicando la teoría para poder encontrar satisfactoriamente el volumen perdido de cada material, la velocidad de desgaste y el coeficiente de desgaste, concluimos que el material más adecuado para aplicaciones mecánicas, en ese grupo de materiales con los cuales hemos realizado la practica, es el

acero 1045. Su estructura y componentes aleantes brinda una buena resistencia al desgaste adhesivo.9. RECOMENDACIONES

Es recomendable lijar las superficie de las probetas girándolas cada cierto tiempo para evitar que formemos planos.

Es recomendable saber y tener el manual de calibración de la balanza a usar, para una mejor toma de datos.

Es recomendable usar esponjas limpiadoras, para que en la superficie no quede residuos de partículas; evitando así un desgaste abrasivo. En la práctica se debe mantener un desgaste adhesivo.

Es recomendable estar muy atentos en el desgaste de la probeta de aluminio, para notar el cambio de sonido, el cual nos indicará el inicio de la zona de arranque.

Es recomendable alinear bien la probeta con el desgastador para asegurar así un correcto y parejo desgaste.

10. BIBLIOGRAFIA

[1] M. Vite Torres, et. Al. “Desgaste y Tribología en componentes mecánicos”. México., 1994.

[2] D. Mesa, A. Sinatora., “El desgaste de materiales, enfrentarlo o dejarlo de lado ya sumir los riesgos” Science and Progress, Argentina. Octubre 2006.

[3] Roadhouse., Manual plástico de la pastilla de freno., Capitulo 2: “Introducción a la Tribología” disponible en: http://www.roadhouse.es/manual/cap2.pdf

[4] D. Marck, A. Gibbson., “Wear, friction and Lubrication” Luxe, England. Marzo2006.

[5] J. Cole, S. Matheson., “Wear of metallic compounds” Printon, Los Angeles. Diciembre 2003.

[6] Báez P. / Darío Yesid Peña B. “Construcción y puesta en funcionamiento de una máquina de cilindros cruzados para la evaluación del desgaste adhesivo”. Universidad Nacional de Colombia. Medellín, Colombia. Sandro. Noviembre 2004, año/vol. 71, número 144.

[7] ASTM G 68 - 96. Standard Test Method for Wear Testing with a Crossed-Cylinder Apparatus.

ANEXOS

CONFECCIONANDO LA MÁQUINA TRIBOLOGICA.

FIGURA 21. Se fijó FIGURA 22. Taladró huecos. FIGURA 23. Hueco para con soldadura. Tornillo.

FIGURA 24. Se limpió bien. FIGURA 25. Se entornilló. FIGURA 26. Se fijó bien ¿???????????????????????????????????????????????????????????//???????en el piso.

FIGURA 27. Se encementó. FIGURA 29. Se fijó todo. FIGURA 29. Probando la ………………………………………………………………………..…………..máquina

FIGURA 30. Máquina pintada y lista para el ensayo.CONFECCIONANDO LAS PROBETAS

FIGURA 31. Barras cilíndricas y rectangulares.

FIGURA 32. Torno para maquinar piezas metálicas.

FIGURA 33. Midiendo la FIGURA 34. Lijando N° 80. FIGURA 35. Lijando con probeta.……………………………………………………………….……….. N°600.

FIGURA 36. Cepillando FIGURA 37. Secando la probeta. FIGURA 38. Pesando la la probeta. ……………………………………………………….. probeta.

FIGURA 39. Probetas confeccionadas y listas para el ensayo-

ENSAYO DE DUREZA

FIGURA 40. Ensayo de dureza de todas las probetas a ensayar (resina poliéster, acero 1045, cobre, carburo de tungsteno, aluminio)

PESADO DE PROBETAS

FIGURA 41. Pesando FIGURA 42. Pesando Acero 1045 FIGURA 43.Pesando cobre Aluminio.

FIGURA 44. Pesando FIGURA 45. Pesando Resina. FIGURA 46. Pesando Resina Carburo de Tungsteno. …………………………………………………… Poliéster.

PROBETAS ENSAYADAS SEGÚN NORMAS ASTM G 83-96

FIGURA 47. Probeta cilíndrica desgastada y pieza desgastadora (Resina Poliéster).

FIGURA 48. Probeta cilíndrica desgastada (Aluminio) y pieza desgastadora (Carburo de tungsteno con capa superficial de aluminio).

FIGURA 49. Probeta de cobre desgastada. FIGURA 50. (Carburo de tungsteno con capa

………………………………………………………….superficial con cobre).

FIGURA 51. Acero 1045 desgastada. FIGURA 52. Carburo de tungsteno con ……………………………………………………… ….capa de acero 1045.

APÉNDICE

TABLA DE LAS ESCALAS DE DUREZA