IMPORTANCIA DE LA EVALUACIÓN DEL DESGASTE DEL BLOQUE SOBRE EL ANILLO

OBJETIVO DE MEDICIÓN

En esta aplicación, el probador mecánico Nanovea mide el YS y el UTS de muestras de aleación metálica de acero inoxidable SS304 y aluminio Al6061. Las muestras se eligieron por sus valores YS y UTS comúnmente reconocidos, lo que demuestra la fiabilidad de los métodos de indentación de Nanovea.

El comportamiento de desgaste por deslizamiento de un bloque H-30 sobre un anillo S-10 se evaluó con el tribómetro de Nanovea utilizando el módulo Block-on-Ring. El bloque H-30 está fabricado con acero para herramientas 01 con una dureza de 30 HRC, mientras que el anillo S-10 es de acero tipo 4620 con una dureza superficial de 58 a 63 HRC y un diámetro de ~34,98 mm. Las pruebas Block-on-Ring se realizaron en entornos secos y lubricados para investigar el efecto sobre el comportamiento de desgaste. Las pruebas de lubricación se realizaron con aceite mineral pesado USP. La huella de desgaste se examinó utilizando el Perfilómetro 3D sin contacto. Los parámetros de la prueba se resumen en la Tabla 1. La tasa de desgaste (K) se evaluó utilizando la fórmula K=V/(F×s), donde V es el volumen desgastado, F es la carga normal y s es la distancia de deslizamiento.

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

La figura 2 compara el coeficiente de fricción (COF) de las pruebas Block-on-Ring en entornos secos y lubricados. El bloque presenta una fricción significativamente mayor en un entorno seco que en uno lubricado. COF
fluctúa durante el periodo de rodaje en las primeras 50 revoluciones y alcanza un COF constante de ~0,8 durante el resto de la prueba de desgaste de 200 revoluciones. En comparación, la prueba Block-on-Ring realizada con lubricación con aceite mineral pesado USP muestra un COF bajo y constante de 0,09 a lo largo de la prueba de desgaste de 500 000 revoluciones. El lubricante reduce significativamente el COF entre las superficies en aproximadamente 90 veces.

Las figuras 3 y 4 muestran las imágenes ópticas y los perfiles transversales en 2D de las marcas de desgaste en los bloques tras las pruebas de desgaste en seco y lubricado. Los volúmenes de las marcas de desgaste y las tasas de desgaste se enumeran en la tabla 2. El bloque de acero tras la prueba de desgaste en seco a una velocidad de rotación inferior de 72 rpm durante 200 revoluciones presenta un gran volumen de marcas de desgaste de 9,45 mm˙. En comparación, la prueba de desgaste realizada a una velocidad superior de 197 rpm durante 500 000 revoluciones en el lubricante de aceite mineral crea un volumen de huellas de desgaste sustancialmente menor, de 0,03 mm˙.

Las imágenes de la figura 3 muestran que durante las pruebas en condiciones secas se produce un desgaste severo en comparación con el desgaste leve de la prueba de desgaste lubricada. El calor elevado y las intensas vibraciones generadas durante la prueba de desgaste en seco favorecen la oxidación de los residuos metálicos, lo que da lugar a una abrasión severa entre tres cuerpos. En la prueba lubricada, el aceite mineral reduce la fricción y enfría la superficie de contacto, además de transportar los residuos abrasivos creados durante el desgaste. Esto conduce a una reducción significativa de la tasa de desgaste en un factor de ~8×10ˆ. Una diferencia tan sustancial en la resistencia al desgaste en diferentes entornos demuestra la importancia de una simulación adecuada del desgaste por deslizamiento en condiciones de servicio realistas.

El comportamiento frente al desgaste puede cambiar drásticamente cuando se introducen pequeños cambios en las condiciones de prueba. La versatilidad del tribómetro de Nanovea permite medir el desgaste en condiciones de alta temperatura, lubricación y tribocorrosión. El control preciso de la velocidad y la posición mediante un motor avanzado permite realizar pruebas de desgaste a velocidades que oscilan entre 0,001 y 5000 rpm, lo que lo convierte en una herramienta ideal para que los laboratorios de investigación y pruebas investiguen el desgaste en diferentes condiciones tribológicas.

El estado de la superficie de las muestras se examinó con el perfilómetro óptico sin contacto de Nanovea. La figura 5 muestra la morfología de la superficie de los anillos tras las pruebas de desgaste. Se ha eliminado la forma cilíndrica para presentar mejor la morfología y la rugosidad de la superficie creadas por el proceso de desgaste por deslizamiento. Se produjo un aumento significativo de la rugosidad de la superficie debido al proceso de abrasión de tres cuerpos durante la prueba de desgaste en seco de 200 revoluciones. El bloque y el anillo después de la prueba de desgaste en seco presentan una rugosidad Ra de 14,1 y 18,1 µm, respectivamente, en comparación con los 5,7 y 9,1 µm de la prueba de desgaste lubricado a largo plazo de 500 000 revoluciones a una velocidad más alta. Esta prueba demuestra la importancia de una lubricación adecuada del contacto entre el anillo del pistón y el cilindro. Un desgaste severo daña rápidamente la superficie de contacto sin lubricación y conduce a un deterioro irreversible de la calidad del servicio e incluso a la rotura del motor.

CONCLUSIÓN

En este estudio mostramos cómo se utiliza el tribómetro de Nanovea para evaluar el comportamiento de desgaste por deslizamiento de un par de metales de acero utilizando el módulo Block-on-Ring, siguiendo la norma ASTM G77. El lubricante desempeña un papel fundamental en las propiedades de desgaste del par de materiales. El aceite mineral reduce la tasa de desgaste del bloque H-30 en un factor de ~8×10ˆ y el COF en ~90 veces. La versatilidad del tribómetro de Nanovea lo convierte en una herramienta ideal para medir el comportamiento de desgaste en diversas condiciones de lubricación, alta temperatura y tribocorrosión.

El tribómetro de Nanovea ofrece pruebas de desgaste y fricción precisas y repetibles utilizando modos rotativos y lineales que cumplen con las normas ISO y ASTM, con módulos opcionales de desgaste a alta temperatura, lubricación y tribocorrosión disponibles en un sistema preintegrado. La inigualable gama de Nanovea es una solución ideal para determinar todas las propiedades tribológicas de recubrimientos, películas y sustratos delgados o gruesos, blandos o duros.