Desgaste de Los Cuerpos Sc3b3lidos

7/21/2019 Desgaste de Los Cuerpos Sc3b3lidos

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TRIBOLOGA: Friccin, Desgaste y Lubricacin (Desgaste de los cueros slidos! "l#are$ Garc%a &'ilio

Captulo III

DESGASTE DE LOS CUERPOS SLIDOS

3.1 - INTRODUCCIN.

De forma general se conoce, que tanto durante el perodo de explotacin de las mquinas, como el almacenajeocurren procesos que predeterminan no slo la disminucin de la capacidad de trabajo de las mquinas, sintambin la prdida total de esta cualidad.

Se reconoce que el 80 !0 " de las pie#as que se sustitu$en es debido al desgaste $ que las perdidas anuale

causada por el desgaste en los %ases desarrollados esta en el rango de 0.& ' " del producto neto nacional.En Estados Unidos de Norteamrica 15000 millones/aoEn Canad 4000 millones/ao

En Cuba 400 millones/ao

(a aplicacin consecuente de los conocimientos que brinda la )ribologa, puede representar a*orro considerable elos gastos producto del desgaste+ as por ejemplo en un informe reali#ado en anad en el a-o '!8 se plantea/Rama de la Economa Gasto (millones !osible a"orro

#ndustria !a$elera %&1'5 100'%

)ricultura *40 +%+

,rans$orte -erro.iario 4'& 1&'5

3.2 - DEFINICION Y DINAMICA DEL DESGASTE.

uando una mquina entra en sericio sus distintas pie#as en moimiento estn sometidas, en la generalidad de lo

casos, a esfuer#os $ solicitaciones mecnicas m1ltiples $ combinadas.D!"#"$"%#/ 2l desgaste es un proceso complejo que se produce en las superficies de los cuerpos slidos debido a lfriccin de otro cuerpo o medio+ tra$endo por consecuencia la ariacin de la macro $ microgeometria superficial+ dla estructura+ $ de las propiedades de las capas superficiales+ con o sin perdida de material.

D"#&'"$a (l ()*a)t.(a le$ que define la ariacin de la magnitud del desgaste con el tiempo se denomina 3dinmica del desgaste3. 2modelo mas tradicional de la dinmica del desgaste se da en la 4ig.5.'

F"*. 3.1- D"#&'"$a (l ()*a)t. 1 - P+"o(o ( a)#ta'"#to,2 - P+"o(o ( ()*a)t #o+'al, 3.- P+"o(o ( ()*a)t $ata)t+%!"$o.

P+"o(o ( A)#ta'"#to.Se caracteri#a por una alta elocidad e intensidad del desgaste. (a magnitud del desgaste en este periodo puedllegar al 50 &0 " del desgaste permisible. Durante este periodo el contacto se produce en los picos mas altos de lrugosidad superficial generando altas presiones $ deformaciones+ con el transcurso del tiempo aumenta 6r $ lelocidad del desgaste se *ace menor.

P+"o(o ( ()*a)t #o+'al.%roducto de la disminucin de las presiones reales, al existir una ma$or rea de contacto real+ la elocidad dedesgaste se *ace constante $ el desgaste sigue aumentando con un ritmo mas lento+ *asta llegar al punto 7 4ig. 5.'

P+"o(o ( ()*a)t $ata)t+%!"$o.(a magnitud del desgaste es tal que se genera en la unin tribolgica cargas dinmicas complementarias+ lo qurepresenta aumento de la temperatura+ del niel de ruido+ $ de las ibraciones+ este periodo se conoce como 3periodde aera3

3.3 - MECANISMOS DEL DESGASTE.(as altas tensiones que surgen en las reas reales de contacto $ la temperatura que producto de la friccin se generpredefinen, para cualquier par tirbolgico los siguientes mecanismos bsicos de enlace agarre9 superficia:ecnico, )rmico, ;umico, $ ad*esio 4ig.5.


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F"*. 3.2 / Rla$"%# #t+ l t"po ( a*a++ 0 l '$a#")'o ( ()*a)t.

2l mecanismo mecnicodepende en primer lugar de las deformaciones elasto = plsticas que tienen lugar en lamicroirregularidades en contacto $ de la magnitud de las tensiones trmicas. este tipo de deterioro origina diferentenieles de defectos de la estructura $ el incremento de las tensiones residuales.

(os $rocesos trmicossurgen como consecuencia de la accin del calor generado durante la friccin $ en otrocasos por fuentes externas. 2ste tipo de deterioro est relacionado con los cambios del estado fsico de las fases dlos materiales *eterogneos o de sus estructuras $ define el mecanismo de desgaste.

(os $rocesos umicosse caracteri#an por la formacin de finas capas superficiales pasias, como resultado de linteraccin de las superficies con medios gaseosos o el medio circundante. 2ste tipo de destruccin caracterstic

para todo los regmenes de friccin $ con ma$or incidencia en la friccin lubricada. (a capa triboqumica protege superficies de contacto del mecanismo mecnico $ al mismo tiempo frena la interaccin ad*esia de las superficiede friccin.

%artiendo de la concepcin de que el desgaste es el efecto de la friccin $ de que esta tiene una naturale#a dual sestablecen dos mecanismos bsicos/ 2E3# 6 7ECN#C'

M$a#")'o a()"o. (a atraccin molecular co*esin9 produce una unin ad*esia micro soldadura9 de laaspere#as en contacto+ el moimiento relatio de los cuerpos ci#alla esta unin produciendo la transferencia de umaterial de un cuerpo *acia otro $>o la generacin de partculas de desgaste.

omo ad*esin se entiende el fenmeno de formacin de una fuerte unin de los metales en las reas reales dcontacto como resultado de la friccin, de los procesos de deformacin mutua $ para temperaturas inferiores a la drecristali#acin. Durante estos procesos se forman fuertes uniones en diferentes puntos en contacto.

Durante el contacto de las aspere#as estas se 3arrugan3 $ se produce el efecto mecnico de 3 en)rane3 4ig.5.59+ cual constitu$e la causa primaria de la ad*esin.

F"*. 3.3 - P+o$)o ( (!o+'a$"%# pl&)t"$a ( la)a)p+a).a++u*a(o 0 #*+a#.

(a generacin de calor producto de la friccin, de las deformaciones plsticas produce un incremento rpido de temperatura en los puntos de contacto causando la 3di8usi9n3 en la interfase+ la cual es la causa secundaria de ad*esin+ el moimiento relatio produce el ci#allamiento de la unin 4ig. 5.59

2n dependencia de la resistencia al ci#allamiento de la unin ad*esia $ de los materiales base+ la rotura de la unise puede producir de cuatro formas diferentes/

F+"$$"%# po+ $"alla'"#to. Si la unin ad*esia es menos resistente que los materiales base+ el ci#allamientocurre en la interfase 4ig.5.9. (a cantidad de material transferido es peque-a a pesar de que la friccin puede sealta.

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F"*. 3.4 - F+"$$"%# po+ $"alla'"#to. 1 0 2 'at+"al 5a), 3-"#t+!a).

F+"$$"%# po+ )ol(a(u+a. (a unin ad*esia es mas resistente que uno de los materiales base 4ig.5.& 9+ ldestruccin ocurre en la masa del material menos resistente producindose la transferencia de material del cuerpblando al cuerpo duro $ la unin ad*esia ms resistente que ambos materiales bases 4ig.5.&9, en este caso lruptura ocurre por los materiales ocurriendo la transferencia de material de uno al otro.

F"*. 3.6 - P+o$)o ( $"alla'"#to ( la u#"%#

La u#"%# a()"a ) '&) +)")t#t 7u a'5o) 'at+"al) 5a)8 (a ruptura de la unin ocurfundamentalmente por la masa del material menos resistente, pero tambin puede ocurrir desprendimiento dpartculas de la masa del material ms resistente. 2l intenso desgaste del material ms blando puede estaacompa-ado del desgaste del material ms resistente 4ig. 5.?9.

F"*. 3.9- Ruptu+a ( la u#"%# po+ a'5o) 'at+"l) 5a)).

La +)")t#$"a ( la u#"%# ) "*ual a la ( lo) 'at+"al) 5a) / 2n este caso la unin esta expuesta a unad*erencia que incrementa la resistencia al ci#allamiento. 2s por ello que mu$ pocas beses la ruptura ocurre por lunin. @eneralmente esta tiene lugar a determinada profundidad de la masa de los metales bases.

2l proceso de formacin $ destruccin de las capas superficiales de los pares de friccin producto del desgastad*esio depende de la forma constructia de las pie#as, de los materiales del par $ del rgimen de friccin.

M$a#")'o '$"$o.

2l mecanismo mecnico del desgaste puede presentar las siguientes formas/

Fat"*a )up+!"$"al. Se presenta durante el contacto elstico o plstico de las capas superficiales. Durante emoimiento de una aspere#a sobre una superficie deformable se presenta un cuadro tensional complejo+ aparecdelante de la aspere#a una #ona sometida a compresin 4ig.5.A9 $ una #ona de traccin detrs de la aspere#atra$endo por consecuencia la fatiga de las capas superficiales.

F"*. 3.: - E)ta(o t#)"o#al # l $o#ta$to ( u#a a)p+a.

Durante las deformaciones elsticas la fatiga de las capas superficiales se produce para un n1mero de ciclos dinteraccin alto+ en el caso de las deformaciones plsticas se produce la conocida 3fatiga de bajo n1mero de ciclos3.

M"$+o$o+t Se produce debido a una penetracin profunda de las aspere#as dura sobre las superficies blando producto de la accin de partculas abrasias libres proeniente del medio 4ig..5.89. Se establece que el microcorocurre cuando *>B C 0.'.

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F"*.3.; - Mo(lo (l p+o$)o ( 'a$+o$o+t.

D!o+'a$"o#) pl&)t"$a) ( la 'a$+o*o't+"a Se produce en los casos de uniones de ro#amient

sometidos a grandes cargas cC $ 9+ elocidades lentas $ materiales de baja dure#a+ en este caso solo *aariacin de la macrogeometria 4ig.5.!9.

F"*. 3.< - Ma$+o(+!o'a$"o#) pl&)t"$a).

3.4 - INDICADORES DEL DESGASTE(a determinacin cuantitatia del desgaste *a sido de inters para la ma$ora de los triblogos de diferentes poca$a que ello permitira incorporar a los clculos de dise-o el efecto de la friccin $ el desgaste, sin embargo este es uproblema no resuelto en la actualidad debido en lo fundamental a que sobre ambos influ$en toda una serie dfactores relacionados con las condiciones de explotacin, la naturale#a de los cuerpos en contacto $ las condicionedel medio.

(os aances alcan#ados por la tribologa *an establecido determinados parmetros que caracteri#an al desgaste2stos parmetros se reconocen como indicadores del desgaste $ permiten ealuar , estudiar, caracteri#ar diagnosticar el desgaste. 2n dependencia del mtodo empleado para la determinacin de los alores absolutos ddesgaste el mismo puede ser/ (ineal*9, graimtricog9 o olumtrico 9.

2l desgaste de los elementos de mquinas se produce con o sin prdida de material, es por ello que la ealuacin dla magnitud del mismo se puede cuantificar o expresar por diferentes indicadores/

D)*a)t l"#al => ?'8 Se utili#a cuando los alores absolutos del desgaste son de medianos a altos $ estfundamentado en la medicin de las dimensiones de las pie#as antes $ despus del ensa$o de desgaste, la exactitude este mtodo depende la de calidad de los medios de medicin que se utilicen. %ara la determinacin de los alore

absolutos del desgaste mediante este mtodo se utili#an instrumentos tales como calibres interiores $ exterioredispositios mecnicos de palancas, dispositios pticos, microscpios instrumentales $ uniersales, pasmetrobloques planos paralelos, micromtros exteriores e interiores, indicadores de cartula etc. onciendo el desgastlineal se determina la intensidad lineal del desgaste E*9.

(

)I

*

++= 5.'9

D)*a)t olu'@t+"$o => ''3.8 2ste se fundamenta en la medicin del olumen antes $ despus del proceso ddesgaste. 2s tambin usado con frecuencia $ al igual que el indicador anterior requiere de medios de medicin de alprecisin. 2ste generalmente se determina partiendo del indicador lineal del desgaste.

A)) n+,= 5.'*/ 2ste indicador generalmente se utili#a para la determinacin del desgaste dpie#as de peque-as dimensiones las cuales se pesan antes $ despus del desgaste. 6ntes del pesaje las pie#adeben ser laadas $ secadas eliminar partculas, polos, los productos de desgaste, grasas $ otros.

2l grado de exactitud de este mtodo depende de la exactitud de las balan#as. 2ste mtodo no se recomienda elos casos en que las dimensiones de las pie#as cambian no solo como resultado del desprendimiento de partculas dla superficie de los materiales sino tambin debido a las deformaciones plsticas, as como para la determinacin ddesgaste de materiales porosos bajo regmenes de friccin lubricada. (a intensidad del desgaste se determina como

4


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(

)I

*

g

g= 5.59

2n la prctica industrial resulta beneficioso transformar el desgaste graimtrico perdida de masa9 desgaste lineariacin de dimensiones9. (o anterior se basa en el *ec*o de que en la ma$ora de los casos los pares tribolgicoestn formados por materiales de diferentes pesos especficos. %or consiguiente la relacin entre el indicadograimtrico $ lineal del desgaste se expresa en la ecuacin ..

8

10(A

)I+Ig

*n

g== 5.9

donde/

g desgaste por diferencia de peso mg96n rea normal de la superficie de contacto cmcm5

S Becorrido de friccin en Fm

2l mtodo de diferencia de peso no se recomienda utili#ar en aquellos casos donde el desgaste no es solo comconsecuencia del desprendimiento de partculas sino tambin a causa de deformaciones plsticas.

I#t#)"(a( #+*@t"$a (l ()*a)t I/ (a intensidad energtica del desgaste se utili#a fundamentalmente parealuar materiales de frenos, embragues, etc. 2sta relaciona el desgaste olumtrico $ el trabajo de friccin.

(F

)I

**

,e = mm5>G m9 5.&9

R)")t#$"a al ()*a)t =( / 2s la capacidad de un material de ofrecer resistencia al desgaste $ se determincomo el inerso del desgaste. 6 de se-alarse que la misma depender del tipo de indicador que se *a$a utili#adpara medir el desgaste *, g, 9.

))d

1= 5.?9

R)")t#$"a +lat"a al ()*a)t =+ / 2s la relacin que existe entre el desgaste de la muestra que se estensa$ando $ el patrn de referencia que puede ser el establecido por la norma o el tomado como referencia durantlos estudios.

)

))

'r= 5.A9

lo$"(a( o +a%# ( ()*a)t =B86 tras de este indicador se mide el ritmo del proceso de desgaste $ no ems que la relacin que existe entre el desgaste $ el tiempo en que este *a tenido lugar.

t

)) +I = 5.89

3.6 - TIPOS DE DESGASTE.Dentro de la tribologa un aspecto de extremo cuidado resulta la definicin o clasificacin de los diferentes tipos ddesgaste por lo complejo que resulta este fenmeno $ por el *ec*o de que en la ma$ora de los casos pueden estateniendo lugar ms de un tipo de desgaste. Go es posible dar una regla fija de par todas las formas de desgaste, este es afectado por una gran diersidad de factores, entre ellos se pueden mencionar el tipo $ magnitud de la cargaelocidad, cantidad $ tipo de lubricante, clase de lubricacin temperatura de las superficies $ del olumen del olumedel material, propiedades mecnicas de los mismos dure#a, resistencia a la deformacin, etc.9, acabado superficiapresencia de partculas extra-as, naturale#a qumica del medio ambiente, la cual tendr una importancia decisia ariar la naturale#a de las superficies, etc., $ de acuerdo con las ariaciones que pueden introducir stos $ otro

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factores, sern ms o menos acusados los efectos del desgaste producido. Gormalmente, en ingeniera no spresenta un tipo de desgaste aislado. %or esta causa no es fcil, en una aplicacin establecer con seguridad el tipo ddesgaste que *a tenido lugar $ menos a1n remediarlo.

(a existencia de una o mas forma de los mecanismos de desgaste explicados da lugar a diferentes tipos de desgasten los elementos de mquinas+ en este sentido se puede plantear que aun no existe una forma 1nica de designaci$ clasificacin de los tipos de desgaste+ por lo que en esta conferencia se trataran los tipos fundamentales $ magenerales.

Hasta el momento no se *an definido los factores a partir de los cuales se puede clasificar el desgaste $ como enatural no se *a creado una clasificacin 1nica del desgaste.

De manera general resulta perspectio considerar tres etapas fundamentales que consideran la composicin de lacapas superficiales $ permiten ealuar los materiales del par )abla 5.'9.

(as etapas ' $ < se relacionan entre si por el tipo de capa que se forma $ la < $ la 5 por el tipo de partcula dedesgaste que se origina.

Ina determinada superposicin de los mecanismos de enlaces de friccin predetermina el tipo de deterioro superfici$ al mismo tiempo el mecanismos de desgaste predominante en el par tribolgico.

Ta5la 3.1 / Cla)"!"$a$"%# ( lo) t"po) ( (t+"o+o) )up+!"$"al) 0 l ()*a)t.E,! # E,! ## E,! ###

T"po ( a*a++ )up+!"$"al T"po ( (t+"o+o)up+!"$"al

M$a#")'o ( ()*a)t)up+!"$"al

:26GEJ :9 EK6((6:E2G)J 67B6SELJ)2B:EJ )9 D24JB:6EJG6( 46)E@6 SI%2B4EE6(;IE:EJ ;9 6DH2SELJ 6DH2SELJ

67SJBEJG 6b9 )BE7J;IM:EJ :2NGEJ = JBBJSELJ

2ste tipo de clasificacin permite considerar todos los procesos que interienen en la formacin de la fina capa dfriccin $ por consiguiente la ariacin de sus propiedades. 2sto da la posibilidad de ealuar de manera concreta lcapacidad de trabajo de los pares tribolgicos $ tal como ser demostrado en lo posterior de obtener modelos dclculos confiables que posibilitan determinar su durabilidad.

(a incidencia de cada tipo de desgaste en la industria seg1n estudios reali#ados por 2$re es la siguiente/es)aste abrasi.o' 50 :

es)aste ad"esi.o' 15 :

es)aste mecnico ; corrosi.o' 5 :

es)aste erosi.o' & :

es)aste $or o


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F"*. 3.1 - D"#&'"$a ( la lo$"(a( (l ()*a)t a()"o.

Durante el desgaste de tipo ' er figura 5.'09 se tienen durante todo el periodo de explotacin un alto niel ddesgaste desgaste seero9. %ara esta forma de desgaste no aparecen en la superficies de los elementos de la uninni de las partculas de desgaste capas de xidos. Durante el desgaste de tipo 5 se obsera un bajo niel de desgastdurante todo el periodo de tiempo de trabajo del par. 2n este caso las superficies de los cuerpos sometidos a fricci$ las partculas de desgaste no son ms que xidos $ estas 1ltimas tienen un tama-o mu$ inferior al de las que sobtienen durante el desgaste de tipo '. Durante la primera etapa el desgaste del tipo < es seero $ las superficies dfriccin no se oxidan. 2n las etapas posteriores la friccin genera capas superficiales triboqumicas $ la elocidad ddesgaste disminu$e considerablemente.

(a naturale#a del desgaste *ace que el desgaste ad*esio este siempre presente en ma$or o menor grado en launiones de ro#amiento. 2n la practica de ingeniera se conoce tambin con los nombres de/ desgaste por frotamientora$ado ad*esio+ gripado+ agarrotamiento+ agripamiento+ tales denominaciones se deben a la intensidad ddesgaste, estados de las superficies desgastadas $ tipos de elementos de mquina.

2l desgaste ad*esio esta presente en los siguientes elementos de mquinas/ cojinetes de desli#amienttransmisiones por engranes $ tornillo sinfin+ guas de desli#amiento+ leas+ grupos pistonarocilindro+ etc. (ofactores que definen el desgaste ad*esio son/

'. ondiciones de lubricacin seco o lubricado9+ abastecimiento de lubricante+ calidad del lubricante.


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F"*. 3.12 - Mo(lo !)"$o ( la)up+!"$" (l ()*a)t p+o!u#(o.

%rofundidad de la capa destruida. " 500 >m.

)ama-o de la partcula de desgaste d ? +0 ; +00 >m

Ba#n de desgaste @A ? 5 ; 15 >m/"'

oeficiente de desgaste B ? 10;+; 10;4'

Densidad de energa aparente e ? 104;101N;m

mm%

Entensidad lineal del desgaste #" ?10;D; 10;%

)ensin de rotura de la unin nP 10%; 10+7$a

In aspecto importante a considerar durante el anlisis del desgaste ad*esio es el relacionado con los materiales dla unin tribolgica. 2n este sentido se debe eitar en la medida que sea posible la alta compatibilidad metal1rgica dlos materiales. %or ejemplo/ %ar *ierro fundido perltico *ierro fundido perltico se consideran materiales de altcompatibilidad, contaminado, $ pobremente lubricado $a que el grafito contenido en el *ierro fundido act1a como ulubricante slido. (os pares bronce = acero duro, babbit acero se consideran materiales con una cierta tendencia la ad*esin. 2l par aleaciones de aluminio = *ierro fundido se consideran materiales semicompatibles $ colubricacin deficiente, a1n cuando trabajen en condiciones de friccin seca . 2l par bronce al plomo = acero a

carbono se considera como materiales con baja tendencia la ad*esin. 2( par acero blando = acero blando sconsidera de alta tendencia a la ad*esin. 2l par acero templado = acero templado en la prctica se comporta commateriales semicompatibles.

DESGASTE ARASIO 2ste tipo de desgaste no es ms que el corte o ra$ado de las superficies de friccin debida la accin de partculas duras. Su niel de intensidad define la capacidad de trabajo del par de friccin.

(a utili#acin de materiales de eleada resistencia, donde el mecanismo fundamental de desgaste resulta la fatigsuperficial, a de suponerse que la rotura tendr lugar a un eleado n1mero de ciclos, si las tensiones de contacto nalcan#an el alor crtico. 2ntonces el n1mero de ciclos para la rotura ser tan alto cuanto menor sea la relacin entrlas tensiones de contacto $ la crtica.

2l anlisis del mecanismo de desgaste abrasio muestra que en la ma$ora de los casos el desprendimiento dpartculas puede me#clarse con el efecto de la fatiga superficial. 2n este caso la profundidad de la capa desgastad*9 depende de la presin de contacto $ el recorrido de friccin.

y

*-

+

(./) = 5.!9

2l problema fundamental durante la determinacin de la intensidad del desgaste abrasio radica en la definicin dsobre la base de cual propiedad determinar el factor lmite de fluencia $9. Truc*o :. :. recomend en calidad desta propiedad la microdure#a. on posterioridad se demostr que esta solucin no presentaba un carcter uniers$ era necesario, en casos concretos considerar la estructura del material desgastado. omo segundo criterio srecomend el modulo de elasticidad, pero al comprobar su uniersalidad se demostr que no era suficiente, en primelugar porque este no es sensible a los cambios estructurales durante el desgaste de las capas superficiales actias.

Durante el estudio del desgaste abrasio se debe considerar el efecto de ra$ado de las partculas abrasias en lomateriales de friccin. 2st definido que la profundidad de penetracin $ la cantidad de partculas disminu$e con incremento de la dure#a de los materiales del par, lo que ejerce sobre el desgaste del contra cuerpo un efectcontrario. (a le$ general plantea que existe una dure#a optima para el material ms blando, alor por debajo del cuacomien#a a tener lugar un incremento de la intensidad del desgaste del contracuerpo debido a la magnitud de estdure#a $ superior a ella, una disminucin.

Larios son los factores que de una forma u otra tienen una marcada influencia sobre la intensidad del desgastabrasio. Dentro de estos uno mu$ importante resulta el tama-o de las partculas abrasias duras. 2xiste udeterminado dimetro de la partcula por encima del cual el desgaste permanece inariable 4ig. 5.'5+ ' acero+ m/"

Dens. de energa aparente e ? 10 ; 10 N;m/mm%

D)*a)t a5+a)"o ( t+) $u+po).2s propio del desgaste de uniones de ro#amiento en las cuales *a penetrado partculas abrasias procedentes demedio o cuando las partculas de desgaste no tienen posibilidad de salir de la unin. Se conoce tambin com3abrasin de alta presin3.

Se *a establecido que la resistencia al desgaste abrasio de tres cuerpos es/

DP : U H'V H


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Si se aria la dure#a de uno de los materiales H' H


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D)*a)t po+ !at"*a ( alto #'+o ( $"$lo Se produce cuando las capas superficiales de los cuerpos econtacto estn deformadas elsticamente.

2l n1mero de ciclos que llea a la produccin de partculas de desgaste se conoce como 3n1mero de ciclos crticoelstico3 n29.

En

t

rot

t

=

.'&9

(a tensin friccional fse determina seg1n la siguiente expresin/

fP f %r .'?9X oeficiente que se toma igual a/

P < materiales de alta elasticidad.P 5 materiales frgiles.

2l exponente de la cura de fatiga t9 de pende del tipo de material.

(a intensidad lineal del desgaste aria en el rango de

#" ? 10;1%; 10;D+ la densidad de energa aparente

e ? 10*; 10N;m/mm%+ el n1mero de ciclos para la fatiga

nB? 105; 10&.

D)*a)t po+ !at"*a ( 5aHo #'+o ( $"$lo). Se presenta cuando se producen deformaciones plsticas elas aspere#as en contacto. 2ste tipo de desgaste esta presente en la ma$ora de los elementos de mquinas $ s*ace mas eidente durante el periodo de asentamiento.

2l n1mero de ciclos a los cuales surge la fatiga plstica se calcula seg1n/

p

t

fn

tE

E=

.'A9

(a deformacin unitaria a traccin 2 t9 se obtiene de los diagramas tensindeformacin para & " de elongacin. (deformacin unitaria producto de la friccin 2f9 se calcula/

2fP f tg !9

donde P 0.0' 0.0&+ $ P & '0R ngulo de inclinacin de las aspere#as.

(os parmetros que caracteri#an este tipo de desgaste son/

#" ? 10;D; 10;5'

e ? 10; 104N;m/mm%'

n$ ? 10 ; 104'

In tipo de desgaste por fatiga superficial mu$ difundido en las transmisiones dentadas engranes9+ cojinetes drodamiento+ leas+ etc. se conoce con el nombre de 3picadura3.

2n la tabla 5.< se muestran las clases de resistencia al desgaste por fatiga establecidas por el profesor FragelsO$ E. L2stas clases de resistencia al desgaste se determinan a partir de la intensidad del desgaste, $ el tipo de deformacinpredominante en las microirregularidades en contacto.

Ta5la 3.2 / Cla)) ( +)")t#$"a al ()*a)t ( pa+)

t+"5ol%*"$o) ( la) '&7u"#a)> 7u"po) 0 apa+ato).

lase de

resistencia

Entensidad del Desgaste, E* )ipo de interaccin de

contactode *asta

ero '0'5 '0'< 2lstica

5


14/27


Ino '0'< '0''

Dos '0'' '0'0

)res '0'0 '0!2lsto = %lstica

uatro '0! '08

inco '08 '0A

%lsticaSeis '0A '0?

Siete '0? '0&

Jc*o '0& '0

:icrocorte ra$ado

seero $ suae9Guee '0 '05

Die# '05 '0B0C'0?

, $ su indicador exponencial menor que uno $ soara en cuatro eces. 2s por ello que es necesario considerar las ondulaciones. Durante el estudio de superficieasentadas la rugosidad inicial no ejerce influencia alguna por lo que se debe considerar la alcan#ada en este periodo2n la figura 5.


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Gailander B. $ Dies F. establecieron lo contrario, es decir la intensidad del desgaste aumenta con el incremento de *umedad relatia, adems plantearon que para altas presiones la influencia de la *umedad sobre el desgaste no esignificatia.

Sibel 2. $ Foblit#c* B confirmaron la dependencia del desgaste con la *umedad relatia. 4inO :. defini que lintensidad del desgaste con la *umedad pasa por un mnimo. (os comportamientos obtenidos por los diferenteautores se muestran de manera ilustratia en la figura 5.s. 4inO por su parte reali# sus estudios en la mquina ddiscos establecida para la caracteri#acin tribolgica de engranajes.

2n este sentido los ma$ores trabajos son los reali#ados por Iet# H. 2ste reali# sus estudios en una mquina dfriccin frontal para una carga mxima de '800 G. 6 esta instalacin experimental se le conect un aparato qusimula diferentes *umedades relatias del aire. omo materiales a ensa$ar se tom acero blando H7'o el desgaste destas. 6s cualquier slido o lquido puede ser un lubricante efectio.

2l efecto del lubricante es generalmente el de disminuir el desgaste, pero en ocasiones lejos de disminuirlo lincrementa. 2n estas situaciones el lubricante no resulta efectio $ el desgaste es incontrolable. 2l tipo de desgaspuede ser cambiado pero no disminuirlo o atenuarlo totalmente.

In lubricante puede reducir la friccin $ no el desgaste, o el desgaste $ no la friccin. 2n la prctica industrial ma$ora de los lubricantes conencionales logran las dos cosas. 2stas son dos as a tras de las cuales elubricante puede disminuir el desgaste, directamente o disminu$endo la friccin.

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2l efecto indirectode disminucin del desgaste es la disminucin de la friccin. 2l efecto de un lubricante sobre reduccin de la friccin se puede explicar a tras del n1mero de Sommerfeld, o espesor de pelcula lubricante descrito en el captulo dos.

(a reduccin directa del desgaste por un lubricante est dada porque a pesar de que exista lubricacin de capa lmiteste puede introducirse entre las superficies de los slidos, reduciendo el contacto entre las aspere#as $ el desgaste2l efecto es marcado en la reduccin del desgaste ad*esio, $ puede tener un !!" de reduccin del coeficiente ddesgaste, pero el grado de reduccin depende de la efectiidad de formacin de la pelcula lubricante.

ontrario a esto existen cuatro as mediante las cuales la aplicacin de los lubricantes puede llear al incremento d

desgaste o conertirlo de un tipo a otro. 2stas son/a9 %or la oxidacin de las capas superficiales durante su interaccin. 2sta propicia el cambio de desgaste medio

seero

b9 %or la autodegradacin del lubricante.

c9 %or el efecto corrosio

d9 %or la capacidad del lubricante de atrapar $ arrastrar partculas abrasias llegando a formar pastas abrasias muda-inas.

Jtra de las funciones del lubricante es la reduccin de la oxidacin. 2s probable que la transicin de desgaste media seero a en dos cuerpo friccionantes tenga lugar cuando la pelcula de xido protectora9 que surge durante eproceso de desgaste no *a$a sido adecuadamente reparada. 2sto es posible para algunos lubricantes que interfiereen la regeneracin de la pelcula de xido $ as propician la transicin desgaste medio a seero. 2n la prctica resul

dudoso que para los lubricantes conencionales esto sea un problema serio.

P+)#$"a ( pa+t$ula) a5+a)"a) # la u#"%#. (as partculas abrasias que entran en la unin act1an comsoportes de carga $ el desgaste que por su causa se produce puede depender de la capacidad de estas dintroducirse en las superficies de friccin, de fraccionarse en partculas ms peque-as, de desli#arse o rodar en sentido de las superficies de desgaste $ del tipo de deformacin que ellas predomine.

(as partculas abrasias pueden entrar en la #ona de trabajo de la unin procedentes del aire, arrastradas pomateriales lubricantes u otros fluidos, $ por cualquier otra a.

De las partculas abrasias presentes en el aire las de ma$or efecto abrasio resultan las de cuar#o, las cualealcan#an dure#as de '' a '< @pa. 2stas partculas presentan un tama-o de ' a 50 m $ pueden estar presentes en aire por largos periodo de tiempo.

Pa+t$ula) ()*a)t. (as partculas de desgaste que se desprenden de la superficie tienen una marcadinfluencia sobre la intensidad del desgaste. 2n la ma$ora de los casos estas partculas al no poder salir de la #ona dcontacto act1an como partculas abrasias libres, en otros casos penetran en la superficie del material ms blandacompa-adas de un efecto abrasio sobre la superficies del material ms duro.

2stos factores son los fundamentales $ definen el tipo de desgaste.

Mat+"al) (l pa+ t+"5ol%*"$o

(os materiales que se utili#an para la fabricacin $ recuperacin de pares tribolgicos deben cumplir determinadorequisitos los cuales en determinadas ocasiones exclu$en uno de los otros, es por ello que establecer un criterio 1nicresulta extremadamente difcil. (a propiedad ms importante que deben poseer estos materiales es el aseguramientdel periodo de ida asignado, bajo determinados alores del coeficiente de friccin. Ina correcta seleccin de lomateriales destinados a uniones tribolgicas no es posible sin el anlisis de las cuestiones constructias dise-o 9 cinemticas de los elementos que forman la unin, as como sus condiciones de trabajo. Dentro de este grupo dfactores aparecen/

P+op"(a() '$"$a) ( lo) 'at+"al) lmite de fluencia, lmite de rotura, dure#a, plasticidad, resistencia la fatiga9. 2l incremento de los alores absolutos de estas propiedades siempre influ$e faorablemente sobre lintensidad del desgaste. :ientras ma$or sea el limite de resistencia del material mas resistencia al corte ci#allamiento de las microirregularidades de las superficies en contacto. :ientras ma$or sea el lmite de fatiga dmaterial $ por consiguiente el indicador de la cura de fatiga, ma$or ser el n1mero de ciclos a partir del cual ocurrirel desprendimiento de las partculas de desgaste.

2l modulo de elasticidad del material tiene una marcada influencia sobre la intensidad del desgaste, de *ec*o parmateriales de igual resistencia a la traccin el incremento de este conllea al incremento de la intensidad ddesgaste. 2l indicador exponencial para el mdulo de elasticidad aria en el ms amplio diapasn $ posee los m

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D)*a)t a5+a)"o= Desgaste producido por las partculas de desgaste que se desprenden de las superficies dcontacto o procedentes del medio circundante, atrapadas por el lubricante $ mantenidas en la #ona de contacto.

%or el estado de las superficies de friccin el desgaste producido por la accin del lubricante se puede clasificar ddos formas/

' M"$+o()*a)t/ (as superficies presentan un aspecto similar al de la abrasin surcos, ra$aduras, etc.9. Sexistencia puede estar dada por arias causas, que explicarlas resultan difcil $ requieren de mtodos de inestigaciespeciales. %or dems la abrasin de la superficie en el periodo inicial resulta beneficioso e incluso necesario para sasentamiento. 6l microdesgaste *a$ que erlo como un desgaste normal, independientemente de que no cono#ca pueda garanti#arse lubricacin fluida.


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=

''))

e '2

#

*

35.


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)orneado fino

4resado fresa de refrenadar 9

4resado fresa cilndrica 9

)aladrado $ biselado

%ulido

4resado $ perfilado de engranes

7roc*ado

epillado de engranajes

Bectificado circular

6cero no endurecido

6cero bajo carbono6cero endurecido

Bectificado plano

'0'80

'0'?0

'


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+u"(o po+ ("a'a#t)Se usa para aceros, metales no ferrosos $ aleaciones, en superficies sin cambios de forma considerable en ldireccin transersal $ sin ariaciones de dure#a por encima de HB &.

%or la fragilidad del diamante $ la dificultad de garanti#as una calidad superficial adecuada.

+u"(o po+ 5ola) o +o("llo)Se usa para superficies cilndricas, ranuras, filos, etctera, los cambios dimensionales $ la precisin dependen darios factores / configuracin de la pie#a, condiciones del proceso $ precisin del proceso que la antecede

sobretodo en pie#as rgidas. +u"(o po+ )$a+"a(o+on poca interferencia la deformacin plstica no afecta al espesor total de la pie#a, aumenta el acabado superficialreduce los errores en forma de agujeros en un 50&0". Se trabaja con altas interferencias los *ijos $ rosquillas plano$ de poco espesor, actuando la deformacin plstica en toda la pie#a.

+u"(o "5+ato+"ocon este proceso se obtienen diferentes patrones superficiales que producen microrreliees, los que siren para retencin de lubricantes. (as aspere#as obtenidas tienen grandes radios $ prcticamente igual altura en ladirecciones longitudinal $ transersal.

T+ata'"#to t@+'"$o ( #(u+$"'"#to )up+!"$"al.2stos tratamientos se usan para lograr superficies duras $ resistentes en partes especificas de pie#as de acero med

$ alto carbono $ aceros perlticos todos de un 0.?" de como mnimo9, as como tambin de *ierro fundido grismaleable $ de alta resistencia. Se percibe como profundidad mnima del tratamiento '.& < mm. 2ntre los procesoestn/

E#(u+$"'"#to po+ lla'aSe usa para partes $ pie#as cilndricas o planas, de acero, com1nmente engranajes fundidos, sinfines, mu-ones dcig[e-ales $ otros. Sus entajas son la sencille# del proceso $ los equipos, distorsiones mnimas, ausencia doxidacin $ la obtencin de una capa cu$a dure#a a cambiando gradualmente con la profundidad.

E#(u+$"'"#to po+ "#(u$$"%#Se logra por el paso de una corriente elctrica sin contacto entre dos superficies una de ellas la tratada9, lo cuagenera superficies limpias, con una peque-a capa de xido, que no disminu$e la calidad. 2xisten dos mtodos/ eprimero de estos una el calentamiento total del rea que se a a endurecer. Se usa para pie#as de forma de disco

para endurecimientos locales rboles lisos, cig[e-ales, rboles de leas, rboles estriados, engranajes, etctera9.2l segundo mtodo calienta la superficie por partes , se usa para rodillos de laminado en fro, mu-ones grandes drboles, arma#ones de mquinas *erramientas, etctera. Se logra que tanto las superficies exteriores como lainteriores pueden ser tratadas, es posible obtener capas desde centsimas de milmetros *asta '0mm $ ms, coestructura de grano fino $ sin peligro de sobrecalentamiento.

R$u5+"'"#to) )up+!"$"al)Durante la asignacin del tipo de recubrimiento a emplear $ su tecnologa de obtencin es necesario tomar en cuentsus posibilidades constructias relacionadas con su forma, dimensiones, las caractersticas de las superficies dfriccin $ la cinemtica del sistema tribolgico en su conjunto.

Desde el punto de ista tecnolgico resulta una tendencia la determinacin de la tecnologa de obtencin derecubrimiento que garantice los adecuados parmetros de calidad superficial.

(as cuestiones anali#adas *asta el momento resultan una efectia direccin para regular la capacidad de trabajo dlos elementos de los sistemas triblgicos. 2sto resulta importante para la solucin de los problemas prcticoingenieriles relacionados con la durabilidad $ tecnologas de fabricacin $ recuperacin de pie#as de repuesto 4ig5.


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F"*. 3.2: / Capa$"(a( ( t+a5aHo 0 (u+a5"l"(a( ( lo) )")t'a) t+"5ol%*"$o)

2n la figura 5.5& la lnea ' representa la obtencin de los requisitos exigidos para el incremento de la capacidad dtrabajo de las capas superficiales por medio de los adelantos tecnolgicos, constructios, perfeccionamiento de losistemas de explotacin, etc. (a lnea < representa la obtimi#acin de los parmetros de calidad de los recubrimientosuperficiales. (a 5 representa el pronostico de la durabilidad del recubrimiento $ la el control de la prdida de lcapacidad de trabajo de las capas de recubrimiento.

2l desarrollo de nueas $ modernas instalaciones para el deposito o aplicacin de diferentes capas de recubrimient$a sea por mtodos fsicos o electroqumicos resulta una a efectia para el incremento de la fiabilidad $ durabilidapie#as $ mquinas.

2n la solucin de los problemas relacionados con la fiabilidad de las mquinas una relacin inersa no menoimportante entre la capacidad de trabajo $ la calidad de las superficies (inea < fig.5.5&9. 2sta refleja de manersegura la posibilidad de la optimi#acin de la estructura $ propiedades de la capa de recubrimiento, as como deestablecimiento de las exigencias tecnolgicas para la aplicacin $ obtencin de recubrimientos de eleadresistencia.

(a ealuacin de la capacidad de trabajo $ de los parmetros de calidad de las capas de recubrimiento mediante utili#acin de modelos fsicos $ matemticos, tambin da la posibilidad de considerar cualitatiamente la influencia dlos factores tecnolgicos $ de explotacin.

2l pronstico de la capacidad de trabajo puede reali#ase por diferentes mtodos, sin embargo, los ms progresioson los basados en los modelos fsicos $ en los cualitatios de diagnstico.

2l pronstico de la durabilidad a partir de modelos fsicos $ datos de diagnstico lnea 5 4ig. 5.


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ada grupo de procesos tecnolgicos de elaboracin posee sus propias caractersticas cuantitatias $ cualitatiasDesde el punto de ista de durabilidad los fundamentales parmetros de las capas de eleada resistencia al desgastson sus caractersticas propiedades9 mecnicas, as como de las macro $ microestructuras de las capasubsuperficiales de los materiales. 2l efecto de cada uno de los mtodos de endurecimiento superficial sobre loparmetros de calidad es totalmente diferente.

(a mejor combinacin de los parmetros de calidad superficial le corresponden a aquel mtodo de elaboracin qucomo resultado del procedimiento fsico o qumico de deposicin de los elementos necesarios $ del tratamienttrmico final, garantice la estructura $ propiedades fsico mecnicas optimas.

(os mtodos de endurecimiento superficial en dependencia de su niel de influencia sobre las propiedades dresistencia $ plasticidad de las capas superficiales se diiden en tres grupos fundamentales/

Lo) 7u "#$+'#ta +)")t#$"a 0 pla)t"$"(a(.6 este grupo pertenecen los mtodos termo = qumicos $ fsicomecnicos de deposicin por medio de la formacin de carburos carburacin9.

Lo) 7u "#$+'#ta# +)")t#$"a 0 (")'"#u0# pla)t"$"(a(. Dentro de este grupo estn los mtodos dobtencin de capas duras mediante la deposicin de elementos diferentes a los carburos.

Lo) 7u (")'"#u0# +)")t#$"a "#$+'#ta# pla)t"$"(a(. 2n este grupo aparecen aquellos mtodos dendurecimiento mediante los cuales se logran capas no tensionadas.

(os parmetros de resistencia superficial $ los mecanismos de desgaste predominantes definen de manera general categora a la que pertenece el sistema tribolgico, $ se le denominan indicadores de durabilidad. De este modo s

tiene que los indicadores de durabilidad no son ms que las caractersticas internas de cualquier sistema tribolgico que aran en dependencia de su estructura $ funciones especficas. In mismo indicador de durabilidad puede ariaconsiderablemente si se cambia el proceso tecnolgico de obtencin del recubrimiento.

(os indicadores de durabilidad a considerar durante la friccin por desli#amiento $ en dependencia de su interrelacicon los parmetros de calidad pueden ser resumidos en dos grupos fundamentales/

G+upo 1= @rupo factores definidos por la accin directa de las capas superficiales en su proceso destruccirugosidad, procesos deformacionales9 $ por parmetros de calidad tales como+ dure#a $ resistencia del materiaIna efectia calidad de estos indicador se logra mediante endurecimientos superficiales, aleaciones especialepro$eccin de polos metlicos, recubrimientos por soldadura $ tratamientos termo = qumicos.

G+upo 2 / @rupo definido por la destruccin de la capa superficial debido a la fatiga superficial, por el tipo d

estructura, propiedades mecnicas, $ por la magnitud $ carcter de las tensiones internas en la capa superficia%ara el mejoramiento de estos sntomas se recomienda/ endurecimiento superficial, temple superficiatratamientos termo = qumicos, $ aleaciones especiales por mtodos fsicos $ qumicos.

2l principio general bajo el cual se logra el incremento de los parmetros de calidad del grupo < se basa en+ crear u1nico esquema de elaboracin final que garantice o desarrolle estructuras que incrementen la densidaempaquetamiento9 $ *eterogeneidad de las dislocaciones con una distribucin especfica $ mnimodespla#amientos. 2ste tipo de estructura subsuperficial predefine la combinacin optima de resistencia $ plasticidad.

onsiderando el conjunto de exigencias tribolgica de las finas capas superficiales/ aseguramiento de alta resistencidure#a $ resistencia a la oxidacin, porosidad permisible, resistencia al agarramiento con respecto a los materialefundamentales, baja tendencia a la ad*esin $ en primer lugar es necesario emplear mtodos de endurecimientsuperficial que permitan obtener recubrimiento de eleada resitencia.

(a clasificacin de los mtodos de deposicin de capas tribolgicas de eleada resistencia al desgast

fundamentados en procesos fsicos, fsico = trmicos $ qumicos se muestra en la tabla 5.?.Ta5la 3.9 / M@to(o) ( o5t#$"%# ( +$u5+"'"#to) ( la(a +)")t#$"a.

,i$o de recubrimiento 7todo de de$osici9n del recubrimiento

)rmico = ;umico' 2lementos de aleacin de forma indiidual/ , G, 7, r, Si


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2l mtodo difusio para el mejoramiento de las superficies es el que ma$or aplicacin $ generali#acin a encontraden la solucin de los problemas tribotcnicos.

De los mtodos termo = qumicos los ms efectios, e incluso para condiciones seeras de friccin son/ Nitruraci9Iorado, Cromado, $ el conjunto de recubrimientos que sobre la base de estos se obtienen. (a entaja mimportante de este mtodo es la posibilidad de optimi#ar la formacin $ composicin de la fase del recubrimiento $ lobtencin de #onas difusias profundas. (a desentaja de los procesos difusios de deposicin de capas es limitada posibilidad de incrementar la capacidad de trabajo de las pie#as debido a los peque-os espesores drecubrimiento $ las altas temperaturas del proceso. (as capas obtenidas por difusin incrementan la resistencia desgaste en dos = tres eces $ dan dure#as en el orden de los '< = '8 @%a .

2n los 1ltimos a-os los mtodos de recubrimiento por pro$eccin trmica, fsicos, qumicos, $ electroqumicotambin *an alcan#ado un gran desarrollo $ una amplia aplicacin.

(os mtodos de recubrimiento de pro$eccin trmica por plasma $ detonacin permiten de manera sencilla depositacapas de cualquier material de aporte arburos, Gitruros, xidos, etc.9 tanto sobre superficies planas comcilndricas. (a gran desentaja de los recubrimientos por plasma es su porosidad, su baja resistencia a la ad*esicon el metal base $ la ausencia de #onas difusias. 6dems el proceso de deposicin por plasma tiene unproductiidad mu$ baja, est acompa-ado de considerable niel de ruido $ fuertes ra$os ultraioletas.

2l recubrimiento por detonacin se basa en la utili#acin de la energa de descomposicin de las me#clas de gases presentan mejores propiedades fsico mecnicas $ de explotacin que los obtenidos por plasma. Durante obtencin de recubrimientos por detonacin la temperatura del metal base no sobrepasa los


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Ta5la 3.: / R$o'#(a$"o#) ( $a'po ( apl"$a$"%# ( $apa) ( +$u5+"'"#to) a 5a) ( Ca+5o#o 0 N"t+%*#o.

:todo de deposicin de lacapa superficial

2spesor optimo de lacapa de la #ona de

difusin, m

:icrodure#a.H '0 5 ,

:%a.ampo de aplicacin del recubrimiento

'. ementacin

&00

de &00 a '000

de '000 a '&00

ms de '&00

A.5?

A.5?

A.5?

A.5?

2fectia utili#acin en aceros de bajo contenido de carbono,en los sistemas :n+:o+ Gir:o+ Gi:o2spesores no mu$ grandes/ %ara capas de intenso desgaste $

bajas cargas bujes, ruedas dentadas peque-as92spesores medios/ %ara desgaste intenso bajo medianas $altas cargas lulas, bujes, ruedas dentadas 92spesores altos/ %ara alto niel de desgasteruedas $transmisiones dentadas92spesores super altos/ %ara mxima resistencia al desgaste eimpacto leas, ejes9

Desgaste de Los Cuerpos Sc3b3lidos

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