Aleaciones antifriccin

Las aleaciones antifriccin empleadas para la construccin de cojinetes deben reunir las

siguientes caractersticas:

Mnimo coeficiente de rozamiento

Resistencia a la presin

Buena resistencia al desgaste

Bajo coeficiente de dilatacin trmica

Gran plasticidad para permitir la adaptacin entre cojinete y eje.

Para reunir estas condiciones, las aleaciones antifriccin estn formadas por una matriz

blanda y plstica en la que estn incrustados cristales duros y relativamente grandes. La

plasticidad le permite las deformaciones para adaptarse, mientras que los cristales

soportan carga. La matriz plstica puede ser plomo, cobre, estao o aluminio.

Los cristales pueden ser de antimonio-estao, de cobre-estao, de silicio o de aluminio-

antimonio.

Estas aleaciones se utilizan para reducir la friccin entre metales. Su aplicacin ms usual

es en cojinetes de deslizamiento donde la estructura del mismo est construido en acero,

fundicin o Bronce, y la parte donde existe friccin por deslizamiento se recubre con el

metal antifriccin ms apropiado teniendo en cuenta el metal base del cojinete.

Segn sea la naturaleza de la matriz plstica, existen diferentes tipos de aleaciones

antifriccin:

A base de plomo

Son aleaciones con alto contenido de plomo, muy plsticas, pero no soportan cargas

elevadas. En general tienen como composicin media 85% de plomo, 10% de antimonio y

5% de antimonio.

A base de cobre

Las aleaciones antifriccin a base de cobre, llamadas tambin a veces broncinas, estn

formadas por cobre y estao en las siguientes proporciones: Cobre 85% y estao 15%.

Son bastante duras , adecuadas para cargas fuertes, pero sujetas a un desgaste rpido.

Actualmente en la industria automovilstica se emplean muchos los casquillos formados

por dos semicilindros de planchas finas de acero, revestidos interiormente de un bronce al

plomo.

A base de estao

El componente principal es el estao, al cual se le aade generalmente antimonio, cobre y

a veces cinc. Estas aleaciones son mejores que las anteriores pero mas caras. Este tipo de

aleacin tiene la capacidad embebedora ( o sea de encerrar o enclavar dentro de si las

partculas extraas) y conformabilidad (capacidad para deformacin plstica y compensar

las irregularidades en el cojinetes)

Cabe destacar que el antimonio y el estao se diferencian por su densidad. Por eso las

aleaciones de estos metales son suceptibles a una considerable licuacin. Para evitar este

defecto en el Babbit se le agrega cobre. Al introducir cobre lo que sucede es que el mismo

se combina con el antimonio generando una temperatura de fusin mas alta y se cristaliza

en primer lugar , formando dendritas ramificadas que dificultan la licuacin de los cristales

cbicos . adems le confiere mayor resistencia al desgaste.

El mejor conjunto de propiedades antifriccin las poseen los Babbits en base a estao,

B88, B83, B83 (La letra B corresponde a Babbits y el numero corresponde al porcentaje de

estao). Debido a su alto contenido de estao, los mismos se usan preferentemente para

cojinetes de alto rendimiento, empleados en turbinas de vapor, piezas, ejes de

distribucin de motores de baja potencia, compresores, etc. que trabajan a grandes

velocidades y sometidos a altas cargas, ya que al utilizar gran cantidad de estao son muy

caros. Existe una norma Rusa llamada GOST 1320-98 donde establece que la composicin

qumica del Babbit en base a estao B83, es de 10%-12% Sb (Antimonio) y 5,5%-6,5% Cu

(Cobre) y consta de una matriz relativamente blanda de solucin slida de antimonio y

cobre en estao (fase ) y cristales slidos de los compuestos intermetlicos Sn-Sb en

(fase ) y Cu3Sn (fase ) distribuidos en dicha matriz tal como se puede ver en la siguiente

figura.

Los Babbits a base a estao son inhomogenio estructuralmente y esto aparece

especialmente durante la fundicin por el mtodo centrfugo y que est relacionada, en

primer lugar, con la segregacin por densidad de los componentes. Las anteriormente

mencionadas deficiencias estructurales estn ausentes en el Babbit B83, fueron

mejoradas a travs del vaciado por el nuevo mtodo turbulento de fundicin.

Metodo de vaciado:

En la figura se representa la conformacin de un cojinete fundido de babit B83 obtenido

por los mtodos centrifugo, de sifn y turbulento. En la figura se muestra la zona interna

(1), zona central (2) y zona externa (3).

}

El mtodo consiste en lo siguiente:

En una mquina de fundicin especialmente diseada y construida sobre una mesa

rotatoria (1) se coloca el molde (2) dentro del cual a una distancia de 1 mm de su

superficie interior se coloca una barra con resortes (3), sujeta a la barra fija (4). Una vez

que el molde est girando a una frecuencia de 500 rev/min se vierte el Babbit fundido. El

coeficiente de viscosidad cinemtica del metal fundido al ser removido aumenta de

20,0.10-6 m2/s a 4000C a 27,0.10-6 m2/s a 2500C. Siguiendo el criterio del nmero de

Reynolds en este proceso, el mismo cambia con el enfriamiento de la fundicin desde

Re=900 a 4000C hasta Re=4000 a 2500C, lo que se evidencia por los cambios del carcter

del movimiento de la fundicin inmediatamente antes de su cristalizacin de laminar a

intermedio (de transicin) y posteriormente turbulento.

Estructura Metalogrfica del Babbit B83

Las estructuras ms caractersticas del Babbit B83, obtenido por los mtodos de sifn,

turbulento y centrfugo de fundicin estn mostradas en la figura 1.

Figura 1 a) Mtodo de Sifn, b) Mtodo Turbulento c) Mtodo Centrifugo (Zona interna)

d)Mtodo Centrifugo (Zona externa)

La distribucin de los compuestos intermetlicos Sn-Sb y Cu3Sn en el Babbit B83, vertido

por el mtodo de sifn, es bastante uniforme, tanto por la altura del lingote, casquillo,

como por su seccin transversal (figura 1, a). No aparece una segregacin por densidad

notable. Para los lingotes obtenidos por el mtodo centrfugo es caracterstica una

diferencia sustancial en las estructuras de las zonas interna y externa (figura 1, b y d). De

esta forma, en la capa de trabajo del casquillo del cojinete de deslizamiento (zona interna)

la composicin qumica, estructural y de fases no corresponden con la del Babbit B83. Las

condiciones particulares de cristalizacin del Babbit B83, vaciado por el mtodo

turbulento, garantizaran la obtencin de una estructura ms dispersa con tamao

significativamente menor de los cristales del compuesto intermetlicos Sn-Sb y su

globulizacin.

El Babbit de la marca B83 y sus anlogos se usan exclusivamente como aleaciones

fundidas y slo en forma de lingotes por causa de su no deformabilidad a temperatura

ambiente. El motivo de esto radica en la fragilidad de los compuestos intermetlicos de

Sn-Sb, formados en el proceso de fundicin por los mtodos de sifn y centrfugo.

En la figura 2 se muestra cmo despus de la deformacin por compresin () en un 4 %

de este Babbit, (obtenido por el mtodo de vaciado de sifn, lnea 2), en los compuestos

intermetlicos Sn-Sb se forman grietas (a); durante la deformacin en un 15%-20 % los

compuestos intermetlicos se destruyen por cizallamiento (b) y para valores superiores de

la deformacin por encima del 30 % se desmoronan

Figura 2 :Influencia del grado de deformacin plstica () por compresin en la cantidad de

cristales destruidos del compuesto intermetlico Sn-Sb en el Babbit B83 vertido por el mtodo

turbulento (lnea 1) y de sifn (lnea 2). Grados de deformacin a) 4 %; b) 15 %; c) 30 %

Los ensayos de fatiga del babbit B83 en diferente estado estructural mostraron la

dependencia sustancial de la resistencia a la fatiga de la morfologa del compuesto

intermetlico SnSb y de la distribucin del SnSb y el Cu3Sn por la seccin transversal del

lingote. En la figura 6 se brindan las curvas de fatiga del babbit B83, vertido por los

mtodos investigados.

El babbit del vaciado por el mtodo de sifn (curva 3) tiene una elevada resistencia a la

fatiga, igual a travs de toda su seccin. Un valor ms alto del lmite de fatiga tiene el

babbit con compuestos intermetlicos globulares (curva 4). Evidentemente la causa de

esto es la menor concentracin de tensiones.

De esta manera, el Babbit B83 con compuestos intermetlicos puntiagudos, afilados

durante la deformacin plstica ya en un 4 % comienza a destruirse con la formacin de

este mismo Babbit B83 con compuesto intermetlico Sn-Sb en forma globular (lnea 1) no

se destruye durante la deformacin por laminado hasta 45 %.

De esta forma, el vaciado turbulento transforma la aleacin fundida B83, lo cual ampla la

posibilidad de su uso racional. Los ensayos de fatiga del babbit B83 en diferente estado

estructural muestran la dependencia sustancial de la resistencia a la fatiga de la

morfologa del compuesto intermetlico Sn-Sb y de la distribucin del Sn-Sb y el Cu3-Sn

por la seccin transversal del lingote. En la figura 3 se brindan las curvas de fatiga del

babbit B83, vertido por los mtodos anteriormente dichos. El babbit del vaciado por el

mtodo de sifn (curva 3) tiene una elevada resistencia a la fatiga, igual a travs de toda

su seccin. Un valor ms alto del lmite de fatiga tiene el babbit con compuestos

intermetlicos globulares (curva 4). Evidentemente la causa de esto es la menor

concentracin de tensiones.

Figura 3

Figura 6. Curvas de fatiga del babbit B83 obtenido por diferentes mtodos de fundicin:

zonas internas y externas del vaciado centrfugo (curvas 1 y 2 respectivamente), vaciados de

sifn y turbulento (curvas 3 y 4 respectivamente).

El mtodo de vertido turbulento de los cojinetes de deslizamiento, no solo elimina la

inhomogeneidad producto de la segregacin y mejora cualitativamente la morfologa de

los compuestos intermetlicos en el Babbit B83, sino que lo lleva a un nuevo nivel de

conjugacin de propiedades tecnolgicas, mecnicas y de servicio de esta aleacin

antifriccin, lo que ampla la posibilidad para el uso ms racional del Babbit B83.

A base de aluminio

Las aleaciones contienen como elemento secundario silicio o antimonio.

Las aleaciones aluminio- silicio pueden dar inconvenientes por desprenderse cristales de

silicio en caso de lubricacin defectuosa. Las de aluminio-antimonio son preferibles

porque resisten bien las acciones dinmicas.

Aleaciones antifriccin a base de cadmio

Son de Cadmio - Nquel (con contenido de alrededor de 1.5% de nquel y de 0.4 a 0.75%

de cobre) y de cadmio - plata (con contenido de 0.5 a 2% de plata). Estas aleaciones no

tienen tanta conformabilidad como las aleaciones de metal blanco y son ms duras que el

Babbit. Aunque poseen mayor resistencia a la fatiga (en particular a temperaturas

elevadas), que el Babbit, son ms susceptibles a la corrosin en lubricante cidos.

Aleaciones antifriccin denominadas amarillas o rojas utilizadas para

cojinetes.

Contienen cobre (80%-90%), estao (10%-20%) y a menudo algo de zinc (5%). Estos

materiales deben clasificarse entre los bronces como se desprende de su composicin,

tiene en su estructura cristales de gran dureza ubicados uniformemente. Estos tipos de

aleaciones poseen gran capacidad para resistir grandes esfuerzos a compresin.

Aleaciones antifriccin base de Plata

Los cojinetes a base de plata han tenido mucho xito en aplicaciones de trabajo pesado en

motores grades. En algunos casos como en motores que poseen cojinetes de estos tipos,

consisten en un recubrimiento de aleacin de plata y plomo (Con 0,001% a 0,005% de Pb),

con respaldo de acero.