Estudio experimental de la interacción sólido-líquido y la generación de partículas de desgaste esféricas en fisuras abiertas por FCR - Urrestarazu, Adrian Matias (2016)
El daño por fatiga de contacto que involucra la formación y desprendimiento de fragmentos de la superficie en forma de “escamas” es una de las principales causas de degradación y falla en elementos sometidos a movimiento relativo de rodadura, tales como dientes de engranajes, componentes de cojinetes rodantes, árboles de levas, rieles de ferrocarril, etc. Este modo de daño llamado “fatiga de contacto por rodadura” ó por sus siglas “FCR” (en inglés “rollingcontact fatigue” ó “RCF”) es fenomenológicamente complejo, y su comprensión realizaría un gran aporte al área de la tribología. Además, la generación de partículas de desgaste de forma esférica es asociada a los fenómenos de FCR. En este trabajo de tesis se estudia el comportamiento de diferentes materiales sometidos a fatiga por rodadura de contacto. Esto involucra el análisis de penetración de diferentes fluidos en fisuras pre-existentesy el estudio de las partículas de desgaste esféricas generadas durante el mencionado proceso tribológico. Con este propósito se realizaron ensayos en un tribómetro de contacto lineal y otro de contacto puntual. Los ensayos lineales fueron realizados con materiales de contacto rueda/pista de SAE 4140/SAE 4140 y SAE 4140/CAMPLO 2005 T3 con cuatro lubricantes diferentes. Los lubricantes utilizados fueron glicerina pura, agua pura, y dos disoluciones de la glicerina con agua al 75% y 50%en peso. Los lubricantes fueron mezclados con una pequeña cantidad de elementos trazadores para ser reconocidos dentro de la fisura mediante análisis de composición química puntual. Asimismo, los ensayos de contacto puntual se realizaron sobre rodamientos comerciales tipo crapodina, con pista de SAE 52100 y bolillas de Nitruro de Silicio (Si3N4). Como lubricante se utilizó vaselina líquida, libre de aditivos. Por otra parte, las condiciones de contacto fueron modeladas mediante teorías termoelastohidrodinamicas TEHD, para conocer principalmente la distribución de presión sobre la superficie y el espesor de película lubricante generado en las diferentes condiciones de contacto. Los resultados obtenidos en ensayos de FCR con contacto lineal en probetas de aleación de base aluminio muestran que en el rango de velocidad y presión de contacto aplicados, la penetración fluido lubricante dentro de las fisuras no depende de la viscosidad del fluido (en un rango de 8x10-4 a 5.9x10-1Pa.s) y que el mecanismo produce una notable cantidad de partículas esféricas de desgaste en el interior de las fisuras. Por otra parte, en los ensayos de contacto puntualse forman partículas de desgaste esféricas cuyos elementos componentes están relacionados con el estado de las superficies de rodadura. Al desarrollarse fisuras por RCF aparecenpartículas esféricas con hierro, oxígeno y cromo. Globalmente, los resultados de esta tesis permiten concluir que la nueva metodología propuesta para el análisis de penetración de líquido en diferentes condiciones de ensayo, permite identificar experimentalmente el comportamiento de las fisuras por FCR para diferentes materiales y condiciones.Además, las conclusiones alcanzadas en este estudio representan un aporte al conocimiento tecnológico del área de mantenimiento predictivo facilitando la toma de decisiones respecto de acciones que prevengan la falla prematura severa en equipos industriales.