Mantenimiento Correctivo: Desgaste en Mecanismos y Técnicas de Protección

Mantenimiento Correctivo: Mecanismos de Desgaste y Técnicas de Protección

Mecanismos y Modos de Desgaste

El desgaste es la pérdida progresiva de material debido al rozamiento (fricción) entre dos superficies en movimiento relativo. Aproximadamente el 70% de los fallos en máquinas se deben al desgaste. Una máquina nunca puede funcionar en fricción seca; por eso utiliza lubricante, que reduce el coeficiente de fricción, pero no elimina el desgaste por completo.

Mecanismos de Desgaste

• Adhesión
• Abrasión
• Erosión
• Fatiga
• Corrosión
• Cavitación
• Ludimiento o desgaste por vibración

Modos de Desgaste

• Desgaste normal: Por rozamiento de rodadura, siempre presente en superficies en movimiento, incluso con lubricante.
• Desgaste severo: Cuando se superan los límites de carga o velocidad de diseño.
• Picadura: Originado por fatiga o corrosión.
• Gripado: Produce la soldadura de los diversos componentes.
• Raiado en distintos grados

Mecanismos detallados:

• Desgaste adhesivo: Cuando la adhesión entre dos superficies es mayor que la existente entre las capas superficiales del material, se produce un arranque progresivo de material.
• Desgaste abrasivo: Partículas duras entre dos superficies que arrancan material.
• Fatiga superficial: Elevada tensión en las superficies o puntos de contacto, provocando fisuras superficiales.
• Corrosión: Ataque de la superficie metálica con pérdida de metal, oxidación o ataques químicos.
• Cavitación: Sucede en líquidos fuertemente agitados donde la turbulencia y las burbujas producen pérdidas de la película metálica en la superficie.
• Ludimiento: Degradación superficial ocasionada por un mecanismo corrosivo asociado a una vibración.

Técnicas de Tratamiento Superficial

Son tratamientos superficiales para aumentar la dureza, reducir la fricción y el desgaste, aplicados para aumentar la vida útil de las piezas. Algunos son aplicados por los fabricantes (tratamientos térmicos (temple, revenido), termoquímicos (cementación, nitruración), recargues por soldadura (estellita)), otros deberán justificarse económicamente.

Recargue de Materiales

Consiste en unir un metal sobre otro ya existente, tanto para reaportar el material desaparecido por desgaste en una pieza como para darle mejores propiedades mecánicas que el material base. En el recargue, se denomina línea de anclaje a la que delimita la separación entre el material base y el material recargado. El grado de adherencia determina la calidad del recargue. Los factores a tener en cuenta en el recargue son el espesor de la capa a recargar, la dilución y la distorsión provocada en la pieza.

Procedimientos Especiales de Aportación

• Thermo Spray: Aportación de polvos fundidos y proyectados sobre la pieza previamente calentada uniformemente. Se utiliza una pistola que regula el caudal de oxígeno y acetileno, y el enfriamiento está controlado. Aleaciones de base cobalto y base níquel que ofrecen resistencia al desgaste. No produce dilución y el espesor máximo de recargue es de 2,4 mm. Se aplica en camisas de bombas, casquillos, piezas de la industria petroquímica.
• Plasma transferido: Combinación de soldadura eléctrica y oxiacetilénica. El material en polvo se inyecta en la zona del arco piloto, fundiéndose sobre la superficie de la pieza creando el baño de soldadura. Se consigue un recargue de alta calidad que permite tratar grandes superficies, con espesores de 6 a 8 mm y baja distorsión por el calor no excesivo. Se emplean aleaciones de base níquel, cobalto…
• Plasma spray: Se obtienen temperaturas entre 9000 y 20000 °C con velocidades entre 400/820 m/s, obteniéndose un recargue frío de alta calidad. Se consiguen altas densidades y compactación debido a la velocidad de proyección, lo que provoca baja porosidad. Se pueden proyectar cerámica, tungsteno, carburo de titanio o de cromo, con espesores de hasta 0,5 mm.
• Cañón de detonación: Dentro de la cámara se forma una mezcla explosiva de acetileno, oxígeno y nitrógeno, y se detona al producirse una chispa dentro de la cámara por la bujía. El lanzamiento del polvo y esta mezcla explosiva a gran velocidad y alta temperatura provoca una aportación de gran calidad y baja porosidad.

Procedimientos Avanzados

• Implantación iónica: Es el avance más importante de la Ingeniería de Superficies en la última década. Consiste en el bombardeo, en vacío, de la superficie a tratar por un haz de iones que penetran en el material modificando su estructura y composición química. Las superficies implantadas se endurecen. Los problemas típicos que resuelve la implantación iónica son el desgaste adhesivo, abrasivo no muy severo, fricción y, a veces, corrosión u oxidación. Se aplica en moldes de inyección de plásticos, en rodamientos especiales, toberas de inyección de fuel en quemadores… Ventajas: Aumenta la vida útil hasta 5/10 veces, no produce cambio en las dimensiones ni en el acabado, se aplica a baja temperatura, se puede aplicar sobre otros tratamientos, es extremadamente controlable y se puede aplicar limitando las partes de las piezas deseadas.
• Recubrimiento por PVD: Emplean medios físicos para obtener el material del recubrimiento en fase vapor. Se realizan en cámaras de alto vacío con temperaturas de hasta 400 °C y se obtienen capas finas o muy finas (<1 micra). Las técnicas más utilizadas son técnicas de evaporación (evaporación del material por calentamiento muy intenso o por bombardeo de un haz de electrones) y de pulverización (los átomos que constituyen el recubrimiento se obtienen bombardeando unos blancos con iones de gas inerte a baja energía sin necesitar altas temperaturas). Los PVD más extendidos son los de nitruro de titanio, aplicados en herramientas con desgaste abrasivo severo, herramientas de corte, moldes de inyección…
• Recubrimiento por CVD: Utilizan medios químicos para obtener el recubrimiento a partir de compuestos precursores en fase vapor. Se realizan en cámaras de vacío medio o bajo, pero requieren temperaturas altas, obteniéndose capas de 10 a 0,1 mm. Se utiliza para recargues tanto de metales como de cerámicas.

Selección de Tratamiento

La decisión del tratamiento a aplicar debe contemplar todos los aspectos técnicos: temperatura de aplicación, necesidad de tratamientos previos o posteriores, cambios en las dimensiones o en el acabado… También es importante el aspecto económico: gasto en herramientas, los tratamientos avanzados suelen ser más costosos que los tradicionales, hacer un seguimiento tanto técnico como económico.