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.

,

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