1. TRIBOLOGÍA : Disciplina de la ciencia que se encarga
del estudio el movimiento relativo de los cuerpo en
contacto
FRICCIÓN
DESGASTE
LUBRICACIÓN
Cuerpo principal o primario
TRIBOSISTEMA

2. DESGASTE
Existen tres maneras de remover material de la superficie de un
elemento, por licuación, por disolución química o por acción
mecánica. El término “desgaste” agrupa al amplio conjunto de
fenómenos asociados a la pérdida de material por la acción mecánica
de dos cuerpos en contacto y con movimiento relativo.
TIPOS
ADHESIVO ABRASIVO EROSIVO

3. DESGASTE ABRASIVO
Definición: Es el tipo de daño provocado por la acción de duras
partículas o protuberancias forzadas contra una superficie sólida
y puestas en movimiento relativo respecto a ella.
Transporte de
minerales
Mecanizado
Movimiento de tierra
Trituración

4. El daño viene dado por la indentación de partículas duras en la superficie
blanda del cuerpo primario y la posterior remoción y corte por acción
combinada de fuerza y movimiento. Esto crea hendiduras en la superficie,
especies de “surcos”

5. A pesar que el desgaste ocurre en ambos
cuerpos uno tiende a enfocarse en aquel
que representa un mayor costo económico
o es más caro a sus sentimientos y
considera al otro como el “abrasivo”.
LA REALIDAD ES QUE AMBAS SUPERFICIES SE DESGASTAN PERO
LO HACEN A VELOCIDADES DISTINTAS . . . . O NO

6. En general la velocidad del proceso de desgaste depende de:
• Características de ambas superficies
• Presencia o no de partículas entre las superficies
• Velocidad de contacto
• Las presiones de contacto
• Condiciones ambientales
MECANISMO ABRASIVO
En un material dúctil hay tres mecanismos para explicar como una partícula
abrasiva o protuberancia remueve material de la superficie: rayado, cuña y corte.
Son múltiples los factores que determinan cual de ellos predomina (forma de la
partícula, ángulo de penetración, dureza relativa entre las superficies, carga, etc).
CORTE CUÑA RAYADO

7. Existe un modelo matemático para determinar el volumen perdido de material por
corte, producido por una partícula abrasiva.
W – volumen de material perdido
A – área de la huella dejada por el material arrancado
d – distancia deslizada
W = A ×d
Ahora el área es proporcional a la profundidad de la huella y esta a su vez a la
carga aplicada e inversamente proporcional a la dureza de la superficie. Por lo
que:
k3 – constante de proporcionalidad
d
L – carga aplicada
L
W = k3 × ×
H – dureza del material
H
CONCLUSIÓN
El volumen desgastado es proporcional a la carga y la distancia deslizada, e
inversamente proporcional a la dureza de la superficie. También se define como
resistencia al desgaste abrasivo a la inversa de W:
1
W
R =
El valor de la constante k3 esta afectado por numerosos factores algunos de los
cuales veremos de ahora en adelante.

8. Propiedades del material:
DUREZA
MICROESTRUCTURA
TENACIDAD
COMPOSICIÓN QUÍMICA
Dureza: La dureza de la superficie
del material esta relacionada con la
velocidad o tasa de desgaste.
Resistencia al desgaste relativa
Muchos autores, basados en sus
trabajos experimentales, coinciden
en que para la mayoría de los
metales la velocidad de desgaste es
inversamente proporcional a la
dureza y que la pendiente es una
característica particular de cada
material. A su vez el mismo proceso
de abrasión puede aumentar la
dureza inicial por trabajo en frío
durante el uso.
Dureza (H), kgf/mm2

9. Microestructura: Aquellas microestructuras que presentan mayor capacidad de
endurecimiento por deformación, tendrán mayor resistencia a la abrasión a igual
dureza inicial. Microestructuras como austenita o bainita resultan mejores que
perlita, ferrita o martensita de la misma dureza inicial.
Tenacidad: Esta característica resulta de gran
importancia en los cerámicos y en menor medida en
las fundiciones de hierro, en otras palabras en los
materiales frágiles la resistencia a la abrasión esta
fuertemente afecta por la capacidad de éstos de
Velocidad de desgaste (mm3 / N.m)
absorber energía para transformarla en deformación.
En los materiales frágiles existe un modo adicional de
desgaste abrasivo, por microfatiga. Ocurre cuando la
tenacidad a la fractura del material es excedida por la
fuerza ejercida por la partícula abrasiva. Este
mecanismo predomina en los cerámicos y esta activo en
metales frágiles como la fundición blanca.
Tenacidad a la fractura (MPa √m)
mm

10. Composición química: Aleando generalmente podemos mejorar el desempeño de un
material frente a la abrasión. En el caso del agregado de solutos intersticiales como es
el carbono en los aceros, la solución sólida formada aumenta su dureza por lo tanto
mejora su comportamiento frente al desgaste abrasivo respecto al hierro puro.
Ocurre lo mismo con aquellas aleaciones endurecibles por solución sólida del tipo
sustitucional. En estos casos esta demostrado que la resistencia a la abrasión sigue la
regla de las proporciones de las mezclas al igual que la dureza.
En los sistemas que poseen solubilidad parcial para un rango de temperaturas, la
presencia de una segunda fase altera las propiedades mecánicas de la aleación. En
este sentido sabemos que existen tratamientos térmicos diseñados para producir la
precipitación de una segunda fase con el objeto de aumentar la dureza y el límite de
fluencia de muchos metales. Por lo tanto uno debería esperar que la resistencia a la
abrasión mejorase, pero no ocurre eso. Un precipitado pequeño coherente y
finamente distribuido es fácilmente removido durante el proceso abrasivo. Por el
contrario se ha demostrado que partículas grandes incoherentes con la matriz y
de alta dureza, logran aumentar la resistencia a la abrasión.

11. Los compuestos metálicos con partículas cerámicas presentan un buen
desempeño frente al desgaste abrasivo. Las principales características que se
buscan en las partículas son:
+
+ + +

12. Efecto del medio ambiente
La tasa de desgaste abrasivo no solo depende o es afectada por las
propiedades del material como hemos visto sino también por el entorno que
rodea el sistema en cuestión. Entre los factores ajenos al material que influyen
en la pérdida de material por abrasión encontramos a:
Tipo de abrasivo y sus características físico –
mecánicas (forma, dureza, tamaño, tenacidad):
Muy importante es la relación de durezas entre
la partícula abrasiva y el material desgastado.
DUREZA
Uno debe tratar de que dicha relación sea mayor
a 0,5. No obstante que las condiciones mejoran
a medida que la relación aumenta, a valores
superiores a 1,2 aproximadamente, el beneficio
extra obtenido no justifique quizás el alto costo
del material elegido (una regla general pero no
taxativa dice que cuanto más resistente es un
material más costoso resulta).

13. TENACIDAD
Temperatura y Velocidad de
contacto: luego de numerosas
experiencias realizadas por años se
puede decir que bajo condiciones
normales de desgaste tanto la
velocidad de contacto como la
temperatura resultan poco
relevantes frente a un mecanismo
del tipo abrasivo.

14. Humedad o ambiente corrosivo: cuando el sistema involucra además de un
fenómeno de desgaste u proceso de ataque corrosivo, ambos mecanismos
aunque independientes entre si en cuanto a su origen, suelen potenciarse uno
al otro, lo que comúnmente se denominan procesos sinérgicos, en tales
condiciones la velocidad de desgaste puede duplicarse.
Vol.
Perdido Grano irregular
de bordes
Tanto la carga aplicada como la
velocidad de deslizamiento están
relacionadas al volumen desgastado a
través de la dureza del material y una
constante de proporcionalidad. Esta
relación denominada ecuación de
FORMA
Lk
Carga crítica
de fractura de la
partícula
Carga (L)
puntiagudos y
filosos
Grano de
bordes
redondeados
“Archard” es establecida considerando
la partícula abrasiva cortando el
material y no contempla las
propiedades de la misma ni el ambiente
que rodea el sistema. Las partículas se
fracturan al alcanzar la carga crítica,
según como resulten las aristas de los
nuevos fragmentos, puntiagudas y
filosas o suaves y redondeadas
cambiara la velocidad de desgaste del
sistema para bien o para mal.

15. MATERIALES UTILIZADOS
La falta de un criterio general que gobierne este fenómeno físico, significa que para
lograr la selección más adecuada de un material para una determinada situación de
desgaste, se requiera de la combinación de un análisis de falla y un meticuloso ensayo
de laboratorio (simulación).
No obstante los siguientes conceptos son aceptados y pueden tomarse como una guía
para una correcta selección del material. Hay familias de materiales conocidos por su
buena resistencia al desgaste abrasivo, los cerámicos, las fundiciones blancas y los
aceros aleados. Además éstos mismos u otros son utilizados como recubrimiento en la
superficie de materiales más blandos y baratos. Otra opción muy empleada son los
tratamientos termoquímicos como nitrurado y carburado (cementación). Materiales
compuestos como los cermet también resultan una opción frente a la abrasión.
• Cerámicos: Debido a su alta dureza respecto al abrasivo muestran un excelente
comportamiento y resistencia al desgaste abrasivo. Pero su punto débil es su
incapacidad para soportar cargas dinámicas tipo impactos (como se sabe poseen
muy baja tenacidad a la fractura). En definitiva no son utilizados por no ser
adecuados para servicios que involucren impactos o altas tensiones.
CMCs : Compuestos de matriz cerámica
reforzados con cerámicos

16. • Plásticos: Baja resistencia al desgaste abrasivo. Dentro de la mediocridad los
mejores son los plásticos con mayor peso molecular. Algunas veces son utilizados
cuando se necesita resistencia a la corrosión, sobre todo durante el manejo de
fluidos viscosos corrosivos que contienen pequeñas partículas.
• Metales: dentro de este grupo las aleaciones más destacadas son:
Fundiciones blancas aleadas: su resistencia a este tipo de desgaste se debe
principalmente a la presencia de carburos formados durante el proceso de
solidificación. Entre sus desventajas debemos mencionar su baja tenacidad,
difíciles de mecanizar y que no son soldables lo cual limita su aplicación a piezas
cuya forma final puede ser obtenida solo por colada.
Dentro de este subgrupo metálico nombraremos los tipos más empleados:
Fundiciones NiHard (Ni – Cr y de alto carbono)
Alto cromo (poseen entre 23% a 30% de cromo y alto carbono). Poseen buena
resistencia a la corrosión.
Fundición perlítica
Fundición Cr – Mo (Alta templabilidad, ideal para secciones gruesas)

17. Fundiciones nodulares austemperadas: Denominadas fundiciones ADI. Son
fundiciones nodulares cuya composición química es ajustada tal que mediante un
tratamiento térmico muy controlado se obtiene una microestructura única
consistente de una mezcla mecánica de ferrita acicular y austenita retenida.

18. Aceros: Los aceros utilizados en aplicaciones que involucran abrasión son:
De baja aleación (su dureza lograda a través del contenido de carbono son sus
principales atributos, además con el contenido de aleantes se logra aumentar
muchísimo su templabilidad).
Para herramientas (son aceros altamente aleados y basan su resistencia a la
abrasión en el alto contenido de carburos) encontramos diferentes clases cada una de
las cuales con características propias. Estan los clase M y T denominados
comúnmente ““aceros rápidos””, los D con alto cromo y los A, templables al agua.
Al manganeso, son austeníticos y los de mayor tenacidad. Tienen la ventaja que
bajo altas tensiones de servicio experimentan endurecimiento por deformación que
mejora sustancialmente su desempeño paulatinamente durante el uso. Dentro de este
subgrupo el más famoso es el conocido como acero ““Hadfield”” el cual posee 12% de
manganeso.

19. Cermet: Materiales compuestos que combinan la excelente dureza de un
cerámico con la tenacidad de un metal.
Carburo de
tungsteno
Matriz de
cobalto
Herramienta de corte de Co-WC

20. DESGASTE ADHESIVO
“Se refiere al tipo de desgaste provocado por el deslizamiento de una
superficie sólida sobre otra sin la participación de una partícula”
El fenómeno de adhesión ha sido identificado como el principal contribuyente a la
resistencia al deslizamiento en los sistemas con movimiento relativo de superficies
en contacto (fricción). No obstante se puede decir que la adhesión es una
consecuencia del contacto y no es la causa del desgaste. En realidad el daño
sobreviene cuando las dos superficies adheridas localmente son obligadas a
deslizarse y por lo tanto separarse.
Superficies de deslizamiento
Las superficies de deslizamiento distan de estar perfectamente limpias y secas.
Aun en los casos donde inicialmente estuviesen muy limpias es inevitable su
contaminación posterior debido a la acción del medio y el movimiento. Es por ello
que en el caso de los metales se admite la existencia de distintas capas
intermedias entre las superficies, estableciéndose este hecho como la condición
normal de las superficies de deslizamiento.

21. Teoría de la adhesión
Como se indica en la figura los metales usualmente se cubren de un film de óxido, el cual
a su vez esta cubierto por una segunda capa mezcla de gases absorbidos e
hidrocarburos (aceites). El espesor de tales films están en el orden de los 10 nm (0,01
μm), vale decir imposibles de distinguir a través de microscopía óptica o la electrónica de
barrido. La presencia de estas capas es crucial ya que constituye el factor esencial en el
fenómeno de adhesión de las superficies. Alteraciones tanto en el espesor como en las
propiedades físico – químicas de estos films hacen que el comportamiento frente al
desgaste sea muy variado y cambiante aún en un mismo sistema de deslizamiento.
Cuerpo 2
Puntos de contacto
Capas de gases e
hidrocarburos
absorbidos
SiC
Latón
Capas de
óxidos, sulfuros
sólidos
Cuerpo 1

22. La carga normal es transmitida desde uno de los sustratos hacia el otro a
través de estas capas intermedias por sus puntos de contacto (rugosidad de
las superficies). Luego cuando dichas superficies se deslizan entre si, la
acción conjunta de la presión y el movimiento intentan escurrir la capa de
gases y aceites absorbidos. Ocurrido esto las capas de óxidos o sulfuros son
puestas en contacto. Si las presiones en los puntos de contacto son lo
suficientemente altas, éstas frágiles capas de óxidos y sulfuros pueden
llegar a fracturase y por lo tanto dejar expuesta la superficie limpia del metal.
Finalmente en localizadas regiones ambos metales serán puestos en íntimo
contacto y podrían llegar a adherirse.

23. Transición de leve a severo
El desgaste bajo condiciones adhesivas esta sujeto a una abrupta transición,
pasando de un desgaste suave o ligero a un desgaste severo, con un incremento
importante en la velocidad de desgaste

24. El espesor de la capa de óxido es el factor crítico. Depende del tiempo disponible
para reparar la capa de óxido rota en una región desnuda y de la velocidad de
formación del óxido. El primer fenómeno esta afectado únicamente por la velocidad
de deslizamiento mientras que el segundo depende de la temperatura y la
atmósfera presente.
Velocidad de deslizamiento
Espesor capa de óxido
Espesor crítico:

25. Prevención del desgaste adhesivo
La siguiente es una guía de recomendaciones para mitigar los efectos del
desgaste adhesivo:
• Evitar principalmente en los metales, el deslizamiento de parejas de materiales
idénticos o similares o con solubilidad en estado sólido
• Altos valores de dureza son convenientes excepto en los casos donde existe la
posibilidad de fatiga por alta presiones de contacto
•• En los casos de materiales con varias fases hay que considerar la dureza de
cada una de ellas, pues puntos duros dañaran la superficie opuesta
• La lubricación reduce el desgaste adhesivo aun cuando es realizada de manera
inadecuada. Algo de lubricación puede proveer una atmósfera corrosiva que
genera un film de óxido que disminuye la fricción respecto a que si esta capa no
estuviese. Además la presencia del lubricante mejora la disipación de calor
generado durante el deslizamiento y por lo tanto impide que la temperatura se
eleve alcanzando valores excesivos que degraden las propiedades de la
superficie.

26. EROSIÓN
“Es la pérdida de material como resultado de choques repetidos de pequeñas
partículas sólidas”
Es de esperar este tipo de desgaste cuando partículas duras inmersas en un fluido
(gas o líquido) impactan sobre una superficie sólida a una determinada velocidad
(mayor a 1 ms-1) y en una determinada dirección (ángulo de impacto).
El medio fluido actúa como acelerador o desacelerador de las partículas, además es
el responsables de cualquier cambio en la dirección del movimiento.
El caso de erosión en medio líquido suele ser más severo que si éste fuese un gas.
Manifestaciones típicas del desgaste por erosión de partículas sólidas:
- Adelgazamientos de los componentes (disminución de espesor).
- Presencia de marcas visibles sobre la superficie siguiendo el flujo de las partículas o fluido.
- Pulimiento de la superficie

27. Las distintas variables que afectan la erosión pura pueden ser
separadas en tres grupos:
I - Características del flujo
- Velocidad del flujo
- Angulo de impacto
- Concentración de partículas sólidas
- Temperatura
II - Características de las partículas
- Forma
- Tamaño
- Dureza
- Fragilidad
III - Características del material desgastado
- Dureza
- Endurecimiento por deformación
- Microestructura

28. CARACTERÍSTICAS DEL FLUJO
Ángulo de incidencia: Materiales dúctiles presentan a bajos ángulos de
incidencia (15°a 30°) las mayores tasas de desgaste por ero sión, sucede lo
contrario con los materiales frágiles que sufren un severo daño cuando son
impactados casi perpendicularmente.

29. Velocidad de la partícula: Al igual que con el ángulo de impacto para la
velocidad (u) debemos distinguir dos comportamientos diferentes entre un
material frágil y uno dúctil,
Vol = k ×n n
Donde k es una constante y n un exponente que para los metales va de 2 a 2,5 y
en los cerámicos de 2,5 a 3.
Concentración de partículas: Flujos más concentrados producen menos
desgaste que aquellos donde la cantidad de sólidos es menor. Una explicación
de este comportamiento sería el efecto ““cobertor”” provocado por la interferencia
que tiene lugar entre las partículas que rebotan y las que impactan por primera
vez la superficie. Este efecto aumenta al disminuir la velocidad o el tamaño de
las partículas y depende a su vez del tipo de material (asociado a la velocidad
de rebote).
Temperatura: no esta muy claro el efecto de la temperatura y depende mucho
de los demás factores intervinientes.

30. CARACTERÍSTICAS DE LA PARTÍCULA
Forma: Partículas angulosas dan lugar a velocidades de erosión mayores que las
esféricas tal cual uno podría intuir a priori.
Tamaño: La velocidad de erosión se incrementa a medida que la partícula
aumenta su tamaño. Esto se verifica hasta un tamaño determinado por encima del
cual el efecto es pequeño o nulo. Ese tamaño crítico cambia si la velocidad de
impacto varía, por ejemplo varios investigadores han informado que a 20 m/s la
tasa de desgaste pasa ha ser constante en un acero 1018 cuando es impactado
por partículas de SiC de 200 μm o más, mientras que si la velocidad es de 60 m/s
la velocidad de desgaste continua aumentando hasta partículas de 850 μm.
Dureza: Al igual que en abrasión, la severidad del daño por erosión cae cuando la
dureza relativa de la partícula frente a la superficie es menor a uno.

31. CARACTERÍSTICAS DEL MATERIAL
Dureza: Por lo visto hasta
ahora es evidente que existe
una diferencia notable en el
comportamiento frente a la
erosión entre los metales
dúctiles y los frágiles.
Seguramente el
comportamiento puede
alterarse si algunos de los
factores tales como velocidad,
ángulo de incidencia, tipo y
Metales
tamaño de la partícula cambia.
Parámetros de ensayo:
a = 90°(incidencia);
partículas de Al2O3 de 27 μm;
flujo 5 g/min ; velocidad 170
m/s ; duración del ensayo 3
minutos ; Atmósfera de N2.
REF= Vol perdido/Vol perdido metal de referencia

32. Cerámicos