Dureza superficial del acero AISI 1045 empleado en pasadores de esteras de tractores (página 2)

1. Examen micrográfico.

El análisis de la composición química de las muestras se realizó empleando un Espectómetro cuántico óptico de Masa ESPECTROLAB 230, con electrodo de carbón bajo arco sumergido en atmósfera de argón.

El examen micrográfico se realiza sobre muestra o probeta con 15×15 de material similar al del pasador desgastado y deformado después de su vida útil, y la de una muestra patrón. Se prepara una superficie que luego de ser pulida convenientemente, se ataca con reactivo químicos apropiados.

2.1.1. Ataque químico.

El ataque químico se realiza con el objetivo de resaltar la estructura obtenida después de realizado el pulido hasta alcanzar el brillo de espejo, para observar la estructura metalográfica formada después del desgaste y la deformación del pasador.

Para este ataque químico se utiliza: Nital 4%

Sé empleo como reactivo de ataque el Nital al 4%, porque este resalta los diversos constituyentes estructurales y el contorno de los granos del acero AISI 1045. Pone en manifiesto las uniones de los granos de ferrita, la perlita se ennegrece y la cementita se mantiene blanca.

2.1.2. Pulido de las probetas

En el pulido se emplearon lijas del tipo Nº- 180, 400 y 600, el pulido se llevó a cabo con papel abrasivo montado sobre una placa de vidrio, cambiando el sentido del lijado 90º al pasar de un pliegue a otro de manera que se elimine la capa de metal distorsionado y deslizado dejado por el anterior. Para lograr una superficie lisa y pulida libre de impregnación de impurezas o ralladuras, por último las muestras se pasaron en una pulidora metalográfica, para lograr el acabado final, en ella se utilizó un paño de fieltro grueso usando como sustancia abrasiva el óxido de cromo.

3. Resultados y discusión

3.1. Composición química de las probetas

La composición química se tomó como promedio de los resultados de tres chispas para sacar el de cada una de ellas. Dicha composición química del pasador deteriorado se muestra en la tabla 1. Se tomó el pasador el cuál estuvo sometido a la acción de trabajo continuo, una vez que la pieza se puso fuera de explotación por perder su configuración geométrica. Con este análisis se determinó la composición química del pasador deteriorado

Se determinó que el pasador corresponde con la composición química de un acero del tipo AISI 1045 según norma ASTM.

Tabla 1. Composición química de pasador deteriorado.

Se determinó que el pasador corresponde con la composición química de un acero del tipo AISI 1045 según norma ASTM.

3.1.1. Análisis de la dureza de los materiales en estudio.

Para determinar la dureza de cada material se tomaron muestras de cada uno de ellos. Las mediciones de la dureza se realizaron por el método de Rockwel (HRC), y se realizaron al menos cuatro mediciones para cada muestra en diferentes lugares, las cuales aparecen en la tabla 2.

Tabla 2. Dureza del pasador deteriorado.

La dureza que posee el pasador en toda la longitud deformada por rodadura, está compuesta por dos capas, una relacionada con el tratamiento térmico recibido antes de su uso que es de aproximadamente de 4 mm y luego de ser sometida por el propio trabajo al esfuerzo de rodadura se observa una profundidad de esta capa de 1.5 mm.

Se tomó en consideración la dureza de los elementos que incidían directamente en la fricción por contacto con el pasador, para ello se tomó la dureza del buje o casquillo y del eslabón de la cadena. En las tablas 3 y 4 se muestra la composición química de ambos elementos.

Tabla 3. Composición química del buje o casquillo.

Tabla 4. Composición química del eslabón de la cadena.

Después de analizada la composición química se determinó que el casquillo es AC 1540 y el eslabón es AC 1545. Esto demuestra que según la cinemática del par tribológico, se considera un par directo ya que el par de mayor dureza se mueve con respecto al más blando y además se cumple que el área nominal del más duro es menor que la del más blando.

Esto demuestra que en el par directo durante la acción de la carga, la deformación plástica del elemento de menor dureza obstaculiza el funcionamiento normal del par, motivo por el cual aumenta la fricción, aumenta el grado de deterioro de la superficie y ocurre la rotura.

3.1.1. Observación con microscopía óptica.

Después de pulidas adecuadamente y atacadas químicamente las muestras, se procede a la observación en el microscopio óptico. Se montan las muestras en la platina y se comienza la observación cambiando la combinación de ocular y objeto hasta encontrar la adecuada.

Estas observaciones se le realizaron al pasador deteriorado, en la parte desgastada y deformada por rodadura y a la parte que se deforma debido a la presión ejercida en el ajuste por interferencia.

Figura 1. Micrografía del corte transversal en la superficie del pasador tratado térmicamente . 100X

En cada muestra del pasador se ilustran fotografías tomadas con diferentes aumentos, a la microestructura del centro de la sección transversal del pasador, del borde y de la zona de transición entre la parte endurecida por tratamiento térmico y la zona que no se logró endurecer por este tratamiento.

Como se observa en la figura 2, la microestructura del pasador desgastado y deformado está compuesta por una estructura martensítica. Sin embargo, se puede apreciar una franja de aproximadamente 1,5 mm de granos de martensita más finos que disminuye su espesor a medida que se incrementa la profundidad desde la superficie hacia el núcleo. Esta franja de pequeño espesor, donde las agujas de martensita son más finas, tiene su origen en los procesos de deformación a la que se somete la superficie del pasador durante las operaciones, lo que provoca una disminución en el tamaño de los granos y la aparición ocasional de bloques de mosaico que permiten delimitar perfectamente una zona de la otra.

Figura 2. Micrografía del corte transversal en la superficie del pasador tratado térmicamente a 300x

Figura 3. Micrografía del corte transversal del núcleo del pasador a 150x.

Como se aprecia en la figura 3, la microestructura de un pasador tratado térmicamente, pero sin deformar se corresponde con la martensita más austenita residual y a diferencia de la micrografía de la figura 4, la microestructura es prácticamente homogénea y no aparecen zonas superficiales deformadas. Sin embargo, para esta última, en el núcleo del pasador se corresponde con una estructura compuesta por perlita más ferrita, típica del estado de normalizado, como se observa en la figura 4.

Figura 4. Micrografía del corte transversal de una muestra patrón de AISI 1045 normalizado a 150x.

4. CONCLUSIONES

1. Debido a las severas condiciones de trabajo a que están sometidos los equipos de laboreo minero estos sufren intensamente los efectos del desgaste principalmente en los elementos que están sometidos a rodadura en seco, como es el caso de los que componen las esteras de dichos equipos y en particular los pasadores de estas, hasta el punto de quedar fuera de servicio.

2. Los pasadores están sometidos simultáneamente a diferentes tipos de desgaste, pero los que mayor influencia tiene en su deterioro son: el desgaste por fatiga, el desgaste adhesivo y el desgaste abrasivo.

3. Aunque los pasadores poseen alta dureza, sobre ellos tiene influencia también la deformación plástica, debido a que las superficies con las que entran en contacto poseen mayor dureza.

4. Las micrografías de los pasadores muestran que estos poseen en su superficie, antes de su puesta en explotación, una microestructura martensítica y después de su vida útil se aprecia una variación en el tamaño de los granos de dicha superficie, lo que disminuye debido a la deformación plástica por el efecto de la rodadura.

5. REFERENCIAS.

1. Álvarez E. Máquina para el estudio del desgaste abrasivo en pares tribológicos. Construcción de Maquinaria. UCLV. Año 20. N 2. Mayo-Agosto. (1995). pp 69-76.

2. Bhushan. B And Gupta. B. Handbook of tribology, McGraw-Hill, New York (2001).

3. Clayton, P y X. Su. Surface Initiated Fatigue of Pearlite & Bainite Steels Under Water Lubricated Rolling/Sliding Contact, Wear, (2000), pp 63-73.

4. Lancestremere, J; Mareglia, C; Barr, J. Plasticity Theory. University of California at Berkeley. 1986. Charter 2, pág 77-86. 2001.

5. Lubriner, J. Plasticity Theory. University of California at Berkeley. USA, (1986). p. 77-86.

6. Odintsov, L.G. Fortalecimiento y acabado de las piezas mediante la deformación plástica superficial", Editorial CM, 1987. p 385-422, URSS.

7. Smelianky, V, Blumenstein, V. "Technological succession mechanics succession appropriatenesses of the plasticity resource exhaustion at the stage of surface plastic deformation", Proceeding of International Conference of Materials", May (2001), Russia.

8. Verdeja, L; González, R El Desgaste de Materiales en el Crisol de Horno Alto: conceptos Generales. Revista de Minas. (1996). Madrid: No 13 –14.

Autores:

Dayanis Alcántara Borges1.

Ingeniera Mecánica, nacionalidad Cubana, graduada en el Instituto Superior Minero Metalúrgico de Moa, Profesora de la disciplina Procesos Tecnológicos, asignatura Máquinas Herramienta, en el Departamento de mecánica en el mismo Instituto, realiza investigaciones en el área de materiales.

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Tomás Fernández Columbié1

Master en Ciencias, nacionalidad Cubana, graduado de Técnico Superior en el Instituto Superior Pedagógico de Santiago de Cuba, Cuba, Profesor de la disciplina Procesos Tecnológicos, asignatura de Soldadura, en el Departamento de mecánica en el Instituto Superior Minero Metalúrgico de Moa, realiza investigaciones en el área de materiales.

,

Isnel Rodríguez González1.

Master en Ciencias, nacionalidad Cubana, graduado de Técnico Superior en el Instituto Superior Metalúrgico de Moa, Profesor de la disciplina Mecánica Aplicada, asignatura de Diseño de Elementos de Máquinas, en el Departamento de mecánica en el Instituto Superior Minero Metalúrgico de Moa, realiza investigaciones en el área de materiales.

Esther Fernández Guilarte

Cursa estudios en la carrera de Ingeniería Mecánica, realiza trabajo en el área de materiales en el Departamento de Mecánica del mismo Instituto.

1Departamento de Ingeniería Mecánica Instituto Superior Minero Metalúrgico de Moa. Las Coloradas s/n, Moa, Holguín, Cuba. CP 83 329. Tel. 53 24 6 4476, Fax. 53 24 6 2290.

El trabajo fue realizado en Cuba, en la ciudad de Moa, al norte de las provincias Orientales, en el Instituto Superior Minero Metalúrgico de Moa, en colaboración con los trabajadores de la mina de la Empresa Moa-Nickel S.A, el día 9 de Octubre de 2007