materiales ferrosos modificado análisis.

Motores Maquinaria
Grupos
Electrógenos
Servicio
Repuestos Capacitación
Línea de carrera
Curso:
Instructor : Genaro Gutierrez
Análisis de materiales
ferrosos

Lección 2.1 .1 Esfuerzo aplicado y tipos de carga
Relación Esfuerzo-Resistencia
Resistencia es la capacidad que tiene el
material para resistir el esfuerzo, si es
más alta la resistencia de la parte,
resistirá un esfuerzo mayor. La falla se
presentará cuando el esfuerzo local
excede la resistencia local.
Una de las áreas del componente puede
ser capaz de resistir una cantidad de
esfuerzo, y, otra área del mismo no será
capaz de soportar la misma cantidad de
esfuerzo.

El esfuerzo aplicado es la aplicación de una carga
de tracción, empuje o torsión sobre el
componente a través de una fuente externa. El
metal puede deformarse temporalmente al estar
sometido a una carga. Debido a que, la carga
excede la resistencia o punto de cedencia, el
metal pierde su capacidad de recuperar su forma
original y se deformará permanentemente.
Esfuerzo Aplicado

Tipos de Carga:
• Tensión
• Compresión
• Cortante
• Torsión
• Flexión
La carga se aplica a un
componente o parte en diversas
formas.

Tensión
Se caracteriza por tensar o jalar la parte.
El apriete de un tornillo es un buen
ejemplo que ilustra la carga a tensión.
En efecto, la carga a tensión, jala o tensa
el tornillo e intenta alargarlo más.
Lección 2.1 .2.1 Esfuerzo aplicado y tipos de carga

Compresión
El componente sujeto a una carga de compresión tiende a acortarse y
achatarse.

Esfuerzo cortante
Un esfuerzo cortante se crea cuando dos componentes con extremos
agudos (A y B en la ilustración) se deslizan uno con otro, atrapando a un
tercer componente (C). Los dos extremos agudos tratan de deslizar las
superficies del tercer componente a lo largo del plano cortante (D).

El perno del seguidor experimenta una
fuerza cortante, el eje de levas lo
empuja hacia arriba en el rodillo,
mientras que, el tren de válvulas resiste
el movimiento ascendente. El esfuerzo
cortante intenta cortar la superficie del
perno en el punto donde se tocan el
rodillo y las patillas del seguidor de
levas.
Esfuerzo cortante

Esfuerzo cortante

Torsión
Cualquier flecha que esté girando en el motor está sujeta a esfuerzos de
torsión.
La carga de torsión en el cigüeñal es el resultado de resistir el giro del
cigüeñal por el volante, poleas, .trenes de engranes, etc.

Torsión

Flexión
Los esfuerzos de tensión y compresión son experimentados por la parte. Al
estar sometido a flexión, la superficie cóncava es presionada en dirección
de la compresión, y la superficie convexa es tensionada en la dirección de la
tensión.
Tensión
Compresión

Flexión

El esfuerzo para la carga que genera se
aplica uniformemente a una parte de sección
uniforme. En la practica es muy poco que las
partes sean de sección uniforme. Además, se
aplican diferentes esfuerzos en diversas zonas
o áreas de la parte.
Es importante para el análisis de fallas
determinar la distribución del esfuerzo
generado por la carga en el componente.
Las propiedades del metal y los esfuerzos
internos, modifican la distribución del esfuerzo
aplicado.
Distribución del Esfuerzo
Distribución uniforme
del esfuerzo

Tensión
Si una pieza de forma uniforme se somete a una carga de tensión pura, el
esfuerzo se distribuye igualmente en todo su diámetro. Debido a esto, se
puede originar una falla en cualquier parte donde el esfuerzo exceda la
resistencia del material.
Lección 2.1 .3.1.1 Esfuerzo aplicado y tipos de carga

Compresión
La carga de compresión distribuye uniformemente el esfuerzo, sólo si está
destruyendo en la dirección opuesta.

Torsión
La carga por torsión distribuye no uniformemente los esfuerzos. Con este
tipo de carga, se tiene el mayor esfuerzo en la superficie sin tenerse efecto
alguno (cero) en el centro de la flecha.

Flexión
En la flexión se distribuye el esfuerzo de compresión desde un máximo en la
superficie cóncava (interna) de la flecha a cero en el centro de la misma.
Recíprocamente, el esfuerzo de tensión se reduce desde un máximo en la
superficie convexa (externa) a cero en el centro.

Una carga simple puede ocasionar una
distribución de esfuerzos desigual.
Perno de montaje
El perno apretado genera en éste una carga a la
tensión. La carga se distribuye por igual a lo largo
del área del vástago.
Si la cabeza del perno no tiene un contacto
uniforme en la superficie, el esfuerzo no se
distribuirá uniformemente. El área que está en
contacto tendrá mayor esfuerzo. Esto afectara al
perno.
Distribución desigual
del esfuerzo

Concentración de esfuerzos
KT
Depende exclusivamente de la geometría del
material.
Las fallas por concentración de esfuerzos no
son proporcionales a KT sino a un factor Kf
que depende también de la carga “q”, y se
puede calcular tanto experimental como
analíticamente, mediante la ecuación:
Kf = q ( KT - 1 ) + 1

Las concentraciones de esfuerzos influyen en
la distribución del esfuerzo.
La concentración de esfuerzos o elevador de
esfuerzos, es cualquier irregularidad interna o
externa en la parte que genera un área para la
concentración de esfuerzos.
Concentración de esfuerzos

La cubierta externa del globo, sujeta a
tensión, empuja hacia dentro comprimiendo
el aire interno. Este es el esfuerzo residual a
compresión en el aire. La fuerza del aire que
empuja hacia fuera es el esfuerzo residual a
tensión en la cubierta del globo.
En los esfuerzos residuales hay dos
componentes a tener en cuenta: tensión y
compresión, aunque inevitablemente debe
existir componentes de esfuerzos cortantes.
Esfuerzo Residual

¿Cómo se imparte el esfuerzo residual?
Existen diversos procesos capaces de impartir el esfuerzo residual:
• Térmico: el calor mas sujeción provocan una fuerza interna residual
• Metalúrgico: se genera al modificar su dureza (superficial o profunda)
• Mecánico: Se generan cargas de tensión o compresión por deformaciones
en la superficie
• Químico: No son comunes en maquinaria, se considera todo ataque
químico que modifique la superficie del material

Objetivo del Curso
 Hacer una lista de las "señales del camino" que
nos ayudaran a identificar cada uno de los siete
tipos de desgaste
 Describir las condiciones ambientales
existentes en cada uno de los siete tipos de
desgaste

• El desgaste es el daño o remoción de material de una o ambas
superficies con o sin movimiento relativo
• El desgaste no ocasiona fallas violentas, eventualmente
conduce al reemplazo de componentes y a la obsolescencia de
las máquinas
DEFINICIÓN

Tipos de Desgastes
2 4
1 3 5 6 7
Abrasión
Adhesión
Erosión
Erosión por Cavitación
Fatiga por Contacto
Corrosión
Corrosión Rozamiento

Es la acción de corte de un
material duro y agudo a través de
la superficie de un material más
suave. Tiende a formar rayaduras
profundas cuando las partículas
duras penetran en la
superficie, ocasionando
deformación plástica y/o
arrancando virutas.
Desgaste Abrasivo

Abrasión de 2 cuerpos: es menos
severa y de bajo esfuerzo
Abrasión de 3 cuerpos: dos
superficies se frotan entre si en un
medio arenosos, la abrasión es de
alto esfuerzo.
Desgaste Abrasivo
NOTA:
Un desgaste de 2 cuerpos al desprenderse participado
se vuelve un desgaste de 3 cuerpos, si los cuerpos no
se enfrían se volverá un desgaste Adhesivo

El housing #------- Presenta rayaduras por desgaste abrasivo
Desgaste Abrasivo

El desgaste adhesivo,
también llamado desgaste por
fricción o deslizante, es una
forma de deterioro que se
presenta entre dos superficies
sólidas en contacto deslizante
una sobre otra bajo presión o
bajo acción de las cargas
normales. El aspecto de la
superficie será de rayaduras
irregulares y superficiales
microsoldaduras.
Desgaste Adhesivo

Se considera a la erosión como una
forma de abrasión producida por
esfuerzos de contacto relativamente
bajos, debidos al impacto de
partículas sobre una superficie
Desgaste Erosivo

Se forman cavidades de vapor
(burbujas en la admisión) que se
desintegran (implotan) por
cambios de bruscos de presión.
Estas implosiones desgastan los
componentes internos de esa
zona. Lo que hace que los
componentes se agrieten o
piquen. Las burbujas se debe al
vacío parcial, y no a la entrada
de aire en el sistema. Tiende a
presentarse cerca de agujeros de
lubricación.
Desgaste Erosión por Cavitación

Es el proceso de atrapar el aire
que se encuentra en el aceite
ocasionados por fugas de aire,
calentamiento o turbulencia en el
sistema. Las burbujas explotan
cuando entran en el componente,
causando desgaste.
Las fugas del sistema por sellos o
acoplamientos son fuentes típicas
de aireación; mientras que un
nivel del fluido de retorno más alto
que el nivel del aceite causará
turbulencia.
Desgaste Erosión por Cavitación
Aireación

El desgaste por fatiga
normalmente se presenta como
fatiga por esfuerzo de contacto.
La fatiga por esfuerzo de
contacto puede producir grietas
en la superficie del componente,
picaduras o astillado.
Se pueden dividir en:
• Fatiga por esfuerzo deslizante
• Fatiga por esfuerzo Rodante
Desgaste por Fatiga

El rodamiento
presenta
desprendimiento
de material por
fatiga por
rodadura
Desgaste por Fatiga Rodante

El engranaje presenta picaduras y desprendimiento de material por fatiga de
contacto deslizante.
Desgaste por Fatiga Deslizante

RIPPLING
Ondulamiento (Rippling)
El Ondulamiento es formado en la superficie de
la punta en una dirección perpendicular a la
acción de deslizamiento. La fatiga por esfuerzo
deslizante causada por insuficiente lubricación,
carga excesivamente pesada y vibraciones
hacen que se genere una deformación plástica
(ondulamiento) de la superficie del diente.
NOTA

Desgaste por Fatiga deslizante

Toda corrosión tiene naturaleza electroquímica es un
proceso espontaneo que implica:
• Un electrolito (medio acuoso) en contacto con el metal o
aleación.
• La existencia de una zona anódica (la que sufre corrosión)
y una zona catódica en el componente metálico.
• Unión eléctrica entre ánodos y cátodos
La corrosión electroquímica involucra dos grupos de semi-
reacciones: un grupo de reacciones de oxidación y otro grupo
de reacciones de reducción
reacciones de oxidacion
(En la zona anodica)
reacciones de reducción
(En la zona catódica)
Desgaste por Corrosivo

Salvo excepciones (el oro) los metales están presentes en la Tierra en forma de oxido, en
los minerales. La metalurgia ha consistido en reducir los óxidos en hornos, para fabricar el
metal. La corrosión, es el regreso del metal a su estado natural, el óxido.

Puede ser por picadura o por corrosión uniforme

Entre dos superficies sólidas que
experimentan movimiento relativo
oscilatorio de baja amplitud, con un
pequeño desplazamiento (~ 1 micra)
de las superficies de contacto bajo
carga.
Se caracteriza por:
Vibración y deslizamiento
Desgaste adhesivo, genera
pequeñas partículas de desgaste.
Desgaste abrasivo, partículas
producidas contribuye al desgaste
Oxidación de residuos, atrapada en
la zona de contacto pequeña
FRETTING (DESGASTE MICRO-OSCILATORIO)
Mecanismo:
Oscilación de baja amplitud, en
deslizamiento reciprocante o
impactos vibraciónales.
Desgaste Corrosivo por frotación

ASTM define: Es un proceso especial de desgaste que ocurre en la zona de contacto entre
dos materiales con carga y sujetos a mínimos movimientos relativos por las vibraciones o
alguna otra fuerza.
Perdida de material de superficies en contacto.

Fretting Corrosión en pernos
Fretting se observó en las roscas de los pernos en las cercanías de su interacción con la tapa

Presenta picaduras desprendimiento de material microsoldaduras por
fretting

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