coeficiente de desgaste

El coeficiente de desgaste es un coeficiente físico que se utiliza para medir, caracterizar y correlacionar el desgaste de los materiales.

Fondo

Tradicionalmente, el desgaste de los materiales se ha caracterizado por la pérdida de peso y la tasa de desgaste. Sin embargo, estudios han demostrado que el coeficiente de desgaste es más adecuado, ya que considera la tasa de desgaste, la carga aplicada y la dureza del pasador de desgaste . Si bien se han observado variaciones en las mediciones del orden de 10⁻¹, estas pueden minimizarse tomando las precauciones adecuadas. ^{[ 1 ]}^{[ 2 ]}

Una curva de volumen de desgaste en función de la distancia se puede dividir en al menos dos regímenes: el régimen de desgaste transitorio y el régimen de desgaste en estado estacionario. La pérdida de volumen o peso es inicialmente curvilínea . La tasa de desgaste por unidad de distancia de deslizamiento en el régimen de desgaste transitorio disminuye hasta alcanzar un valor constante en el régimen de desgaste en estado estacionario. Por lo tanto, el valor del coeficiente de desgaste estándar obtenido a partir de una curva de pérdida de volumen en función de la distancia es una función de la distancia de deslizamiento. ^{[ 3 ]}

Medición

La ecuación de desgaste en estado estacionario se propuso como: ^{[ 2 ]}

$V=K{\frac {PL}{3H}}$

dónde $H$ es la dureza Brinell expresada en pascales, $V$ es la pérdida volumétrica, $P$ es la carga normal, y $L$ es la distancia de deslizamiento. $K$ es el coeficiente de desgaste estándar adimensional.

Como ejemplo, para dos superficies de acero dulce, el número de dureza Brinell $HB$ es 120, y la dimensión del número de dureza Brinell es en ${\frac {kgf}{mm^{2}}}$ Expresar esto en pascal es $9.8*10^{6}$ veces más grande, lo cual es $1.176*10^{9}$ Pascales. Si estas superficies se deslizan una sobre la otra a lo largo de 1 metro, y la parte superior se carga con 1 kg (lo que produce una fuerza de 9,8 Newtons), y con una $K$ valor de $7*10^{-3}$ (según la tabla que se encuentra a la derecha de este texto), el volumen de acero retirado es: $V=7*{-3}*9.8*{\frac {1/3}{1.176*10^{9}}}=(1.94*10^{-11})m^{3}=0.019mm^{3}$ .

En general, el coeficiente de desgaste $K$ en el modelo abrasivo se define como: ^{[ 2 ]}

$K={\frac {3HV}{PL}}$

Como $V$ se puede estimar a partir de la pérdida de peso $W$ y la densidad $\rho$ , el coeficiente de desgaste también se puede expresar como: ^{[ 2 ]}

$K={\frac {3HW}{PL\rho }}$

Como el método estándar utiliza la pérdida de volumen total y la distancia de deslizamiento total, es necesario definir el coeficiente de desgaste neto en estado estacionario:

$K_{N}={\frac {3HV_{s}}{PL_{s}}}$

dónde $L_{s}$ es la distancia de deslizamiento en estado estacionario, y $V_{s}$ es el volumen de desgaste en estado estacionario.

Con respecto al modelo de desgaste por deslizamiento, K puede expresarse como: ^{[ 4 ]}

$K={\frac {V}{A_{p}L}}$

dónde $A_{p}$ es la zona deformada plásticamente.

Si el coeficiente de fricción se define como: ^{[ 4 ]}

$\mu ={\frac {F_{t}}{P}}$

dónde $F_{t}$ es la fuerza tangencial. Entonces K se puede definir para el desgaste abrasivo como el trabajo realizado para crear partículas de desgaste abrasivo mediante corte $Vu$ al trabajo externo realizado $FL$ : ^{[ 4 ]}

$K={\frac {3\mu HV}{\mu PL}}=3\mu {\frac {Vu}{FL}}\approx {\frac {Vu}{FL}}$

En una situación experimental, la dureza de la capa superior del material en contacto puede no conocerse con certeza, por consiguiente, la relación ${\frac {K}{H}}$ es más útil; esto se conoce como coeficiente ^dedesgaste dimensional o tasa ^dedesgaste específica . Generalmente se cita en unidades de ^mm³ N⁻¹ m⁻¹ . ^[⁵^]

Material compuesto

Dado que los materiales compuestos de matriz metálica (MMC) se utilizan cada vez con más frecuencia debido a sus mejores propiedades físicas, mecánicas y tribológicas en comparación con los materiales de matriz, es necesario ajustar la ecuación.

La ecuación propuesta es: ^{[ 2 ]}

$K={\frac {3g_{1}d(1-f_{v})}{g_{3}f_{v}L}}\left[1-exp\left({\frac {-g_{3}f_{v}L}{d(1-f_{v})}}\right)\right]$

dónde $g_{3}$ es una función del diámetro promedio de las partículas $d$ , $f_{v}$ es la fracción de volumen de partículas. $g_{1}$ es una función de la carga aplicada $P$ , la dureza del pasador $H$ y el gradiente $m_{A}$ del $V_{c}$ curva en $L=0$ .

$g_{1}={\frac {Hm_{A}}{P}}$

Por lo tanto, se pueden mostrar los efectos de la carga y la dureza del pasador: ^{[ 2 ]}

$K={\frac {3Hm_{A}d(1-f_{v})}{PLg_{3}f_{v}L}}\left[1-exp\left({\frac {-g_{3}f_{v}L}{d(1-f_{v})}}\right)\right]$

Como las pruebas de desgaste son un proceso que consume mucho tiempo, se demostró que era posible ahorrar tiempo utilizando un método predecible. ^{[ 3 ]}

Véase también

Referencias

↑ Peter J. Blau, RG Bayer (2003). Desgaste de los materiales . Elsevier. pág. 579. ISBN 9780080443010.
1 2 3 4 5 6 L.J. Yang (enero de 2003). "Ecuación del coeficiente de desgaste para compuestos de matriz a base de aluminio contra disco de acero". Wear . 255 ( 1– 6): 579– 592. doi : 10.1016/S0043-1648(03)00191-1 .
1 2 L.J. Yang (15 de mayo de 2005). "Una metodología para la predicción del coeficiente de desgaste estándar en estado estacionario en un compuesto de matriz a base de aluminio reforzado con partículas de alúmina". Journal of Materials Processing Technology . 162–163 : 139–148 . doi : 10.1016/j.jmatprotec.2005.02.082 .
^ Nam Pyo Suh , Nannaji Saka (2004), Tribología ( PDF)
↑ JA Williams (abril de 1999). "Modelado del desgaste: analítico, computacional y de mapeo: un enfoque de mecánica del continuo" (PDF) . Wear . 225–229 : 1–17 . doi : 10.1016/S0043-1648(99)00060-5 .

Notas

↑ Cu/Zn con 30-45% Zn

Lecturas adicionales

Nam P. Suh, Tribofísica , Prentice-Hall, 1986, ISBN 9780139309830

Enlaces externos

Ciencias de los materiales

[Blau2003-1] Peter J. Blau, RG Bayer (2003). Desgaste de los materiales . Elsevier. pág. 579. ISBN 9780080443010.

[Yang200301-2] 1 2 3 4 5 6 L.J. Yang (enero de 2003). "Ecuación del coeficiente de desgaste para compuestos de matriz a base de aluminio contra disco de acero". Wear . 255 ( 1– 6): 579– 592. doi : 10.1016/S0043-1648(03)00191-1 .

[Yang20050515-3] 1 2 L.J. Yang (15 de mayo de 2005). "Una metodología para la predicción del coeficiente de desgaste estándar en estado estacionario en un compuesto de matriz a base de aluminio reforzado con partículas de alúmina". Journal of Materials Processing Technology . 162–163 : 139–148 . doi : 10.1016/j.jmatprotec.2005.02.082 .

[Suh2004-5] Nam Pyo Suh , Nannaji Saka (2004), Tribología ( PDF)

[Williams199904-6] JA Williams (abril de 1999). "Modelado del desgaste: analítico, computacional y de mapeo: un enfoque de mecánica del continuo" (PDF) . Wear . 225–229 : 1–17 . doi : 10.1016/S0043-1648(99)00060-5 .

[Note_1-4] Cu/Zn con 30-45% Zn

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