Estudio del comportamiento tribológico a alta temperatura ...
ESTUDIO TRIBOLÓGICO DE ALEACIONES...
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ESTUDIO TRIBOLÓGICO DE ALEACIONES ANTIDESGASTE Proyecto para obtención del título de Tecnólogo mecánico Presentado por: JOHAN SMIK MADERO ORTIZ UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSÉ DE CALDAS FACULTAD TECNOLÓGICA TECNOLOGÍA EN MECÁNICA BOGOTÁ D.C. 2016
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ESTUDIO TRIBOLÓGICO DE ALEACIONES ANTIDESGASTE
Proyecto para obtención del título de Tecnólogo mecánico
Presentado por:
JOHAN SMIK MADERO ORTIZ
UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSÉ DE CALDAS
FACULTAD TECNOLÓGICA
TECNOLOGÍA EN MECÁNICA
BOGOTÁ D.C.
2016
ESTUDIO TRIBOLOGICO DE ALEACIONES ANTIDESGASTE
Proyecto para obtención del título de Tecnólogo mecánico
Presentado por:
JOHAN SMIK MADERO ORTIZ
TUTOR DE PROYECTO:
MSc. JONNY RICARDO DUEÑAS ROJAS
UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSÉ DE CALDAS
FACULTAD TECNOLÓGICA
TECNOLOGÍA EN MECÁNICA
BOGOTÁ D.C.
2016
Nota de aceptación
_______________________
_______________________
_______________________
______________________
Firma del tutor
______________________
Firma del jurado
______________________
Firma del jurado
Bogotá D.C. 2016
AGRADECIMIENTOS
Le agradezco a Dios por permitirme realizar esta investigación, por darme salud,
entendimiento, y ayudarme a persistir día a día hasta alcanzar las metas que me
propongo.
Les agradezco a mis padres por comprenderme y apoyarme durante mi carrera
como tecnólogo, por motivarme a superarme y no esperar a que la vida me pase sin
hacer nada.
Le agradezco al profesor Jonny Dueñas por asesorarme en el desarrollo de este
proyecto de investigación.
Con este trabajo termino una etapa de mi vida, después de tanto esfuerzo y
dedicación.
Sé que este es el primer paso, de muchos que me quedan por dar en mi carrera
profesional.
TABLA DE CONTENIDO
LISTADO DE FIGURAS ......................................................................................... 1
LISTADO DE TABLAS ........................................................................................... 3
LISTADO DE GRÁFICAS....................................................................................... 3
0. INTRODUCCIÓN ............................................................................................. 4
1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA .............................................................. 5
2. OBJETIVOS .................................................................................................... 6
2.1 OBJETIVO GENERAL ................................................................................................. 6
2.2 OBJETIVOS ESPECIFICOS ....................................................................................... 6
2.3 DELIMITACIÓN ........................................................................................................... 6
3. JUSTIFICACIÓN ............................................................................................. 7
4. ANTECEDENTES ........................................................................................... 8
5. MARCO TEÓRICO ........................................................................................ 10
5.1 TRIBOLOGÍA ............................................................................................................. 10
5.2 MECANISMOS DE DESGASTE ............................................................................... 10
5.3 DESGASTE ABRASIVO ............................................................................................ 11
5.4 DESGASTE ADHESIVO ........................................................................................... 11
5.5 DESGASTE CORROSIVO ........................................................................................ 12
5.6 DESGASTE POR FATIGA ........................................................................................ 13
5.7 DESGASTE POR CAVITACIÓN ............................................................................... 14
5.8 DESGASTE EROSIVO .............................................................................................. 14
5.8.1 Efecto del ángulo de impacto ............................................................................. 16
5.8.2 Forma .................................................................................................................. 17
5.9 ACERO ...................................................................................................................... 17
5.9.1 Aceros al carbono ............................................................................................... 17
5.9.2 Aceros de baja aleación...................................................................................... 18
5.10 ÓXIDOS CERÁMICOS ............................................................................................ 19
5.11 CARBUROS ............................................................................................................. 19
5.12 CERMET ................................................................................................................ 20
5.13 CARBUROS CEMENTADOS .................................................................................. 20
6. MATERIALES Y METODOS.......................................................................... 22
6.1 MATERIALES ............................................................................................................ 23
6.1.1 ACERO AUSTENITICO AL MANGANESO ......................................................... 23
6.1.2 HIERRO ALTO CROMO ...................................................................................... 23
6.1.3 ACERO ANTIDESGASTE MAXDUR 450 ........................................................... 24
6.2 MÉTODOS ................................................................................................................. 26
6.2.1. FABRICACIÓN DE LAS MUESTRAS ................................................................ 26
6.2.2 CARACTERIZACIÓN MICROESTRUCTRAL .................................................... 29
6.2.3 DUREZA .............................................................................................................. 31
6.2.4 MICRODUREZA ................................................................................................. 31
6.2.5 DESCRIPCION DEL ENSAYO ASTM G76-02 .................................................. 32
6.2.3 ANALISIS DE SUPERFICIES DE DESGASTE ................................................. 33
7. RESULTADOS Y ANALISIS DE RESULTADOS ........................................... 34
7.1 COMPOSICIÓN QUÍMICA ......................................................................................... 34
7.2 ANÁLISIS METALOGRÁFICO ................................................................................... 34
7.3 DUREZA .................................................................................................................... 41
7.4 MICRODUREZA ........................................................................................................ 43
7.5 DESGASTE EROSIVO .............................................................................................. 45
7.6 ANALISIS DE SUPERFICIES DE DESGASTE ........................................................ 47
8. CONCLUSIONES .......................................................................................... 50
9. BIBLIOGRAFÍA.............................................................................................. 51
1
LISTADO DE FIGURAS
Figura 1. Tipos de abrasión ..................................................................................11
Figura 2. Desgaste adhesivo. Generación del mecanismo de adhesión al ser
deformada plásticamente las asperezas ...............................................................12
Figura 3. Desgaste corrosivo. Modelo representativo de la formación de capa de
óxido….…………………………………………………………………………………...13
Figura 4. Desgaste por fatiga entre dos superficies en deslizamiento…………….13
Figura 5. Esquema del mecanismo de desgaste por cavitación…………………...14
Figura 6. Diagrama esquemático de las fuerzas que experimenta una partícula al
hacer contacto con una superficie sólida……………………………………………...15
Figura 7. Proceso de penetración de una partícula rígida dentro de la superficie de
un material deformable plásticamente a un ángulo de impacto normal……………16
Figura 8. Resistencia a la erosión relativa para materiales dúctiles y frágiles…...16
Figura 9. Partículas erosivas…………………………………………………………..17
Figura 10. Proceso de fabricación moldes en arena……………………………….27
Figura 11. Proceso de Fabricación moldes en arena. Extracción de modelos…..27
Figura 12. Molde en arena terminado…………………………………………………27
Figura 13. Proceso de fabricación de probetas……………………………………...28
Figura 14. Probetas fundidas de Acero austenítico al manganeso………………..28
Figura 15. Cortadora metalográfica METKON metacut 250………………………..29
Figura 16. Encapsuladora METKON ecopress 50…………………………………..29
Figura 17. Probetas encapsuladas……………………………………………………29
Figura 18. Pulidora metalográfica METKON forcipol 2V……………………………30
Figura 19. Microscopio óptico ZEISS AXIO Observer D1M………………………..30
Figura 20. Durómetro GNEHM SWISS ROCK 160………………………………….31
Figura 21. Microdurómetro Shimadzu HMV-2………………………………………..31
Figura 22. Máquina para ensayos de desgaste erosivo…………………………….32
Figura 23. Microscopio electrónico de barrido FEI QUANTA 200…………………33
Figura 24. Micrografía del Acero austenítico al manganeso. Sin ataque (500x)…35
Figura 25. Acero austenítico al manganeso, atacado con Nital al 5% (500x)……35
Figura 26. Acero austenítico al manganeso, atacado con Nital al 5% (1000x)…..36
2
Figura 27. Microestructura Acero Austenítico al Manganeso………………………36
Figura 28. Diagrama C-Fe-Mn con contenido de 13% de manganeso……………37
Figura 29. Hierro alto cromo. Sin ataque. (100x)…………………………………….37
Figura 30. Hierro alto cromo. Atacado con glyceregia (100x)……………………...38
Figura 31. Diagrama de fases Fe-C-Cr……………………………………………….38
Figura 32. Acero antidesgaste Maxdur 450. Sin ataque. (200x)…………………...39
Figura 33. Acero antidesgaste Maxdur 450. Atacado con Nital al 5%. (500x)……39
Figura 34. Microestructura Maxdur 450. a) 1000x, b) 3200x……………………….40
Figura 35. Micrografía a 1000x. Acero Hadfield……………………………………..47
Figura 36. Micrografía a 3200x. Acero Hadfield……………………………………..48
Figura 37. Micrografía a 1000x. Hierro alto cromo…………………………………..48
Figura 38. Micrografía a 3200x. Hierro Alto cromo………………………………….48
Figura 39. Micrografía a 1000x. Maxdur 450…………………………………………49
Figura 40. Micrografía a 3200x. Maxdur 450…………………………………………49
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LISTADO DE TABLAS
Tabla 1. Composición química Acero austenítico al manganeso…………………..34
Tabla 2. Composición química Hierro alto cromo……………………………………34
Tabla 3. Composición química Maxdur 450…………………………………………..34
Tabla 4. Mediciones de dureza Acero austenítico al manganeso……………….…41
Tabla 5. Mediciones de dureza Hierro alto cromo…………………………………...41
Tabla 6. Mediciones de dureza Acero antidesgaste Maxdur 450………………….41
Tabla 7. Medición microdureza Acero austenítico al manganeso………………….43
Tabla 8. Medición microdureza Hierro alto cromo………………………………...…43
Tabla 9. Medición microdureza Acero antidesgaste Maxdur 450……………….…43
Tabla 10. Valor medio de erosión. Acero Austenítico al manganeso……………...45
Tabla 11. Valor medio de erosión. Hierro Alto Cromo……………………………….45
Tabla 12. Valor medio de erosión. Acero Antidesgaste Maxdur 450……………...46
LISTADO DE GRÁFICAS
Gráfica 1. Pérdida de masa Vs. Tiempo................................................................46
Gráfica 2. Valor medio de erosión Vs. Tiempo…………………………………...….47
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0. INTRODUCCIÓN
El desgaste se conoce desde tiempos remotos a partir de la necesidad del hombre
de alimentarse y trasportar distintos elementos de un sitio a otro, al generar fuego
para cocinar sus alimentos o simplemente obtener calor, desde ese momento se
conoce el fenómeno de la fricción y el desgaste.
El desgaste es la forma más conocida de degradación de piezas, como también lo
es la corrosión y la fatiga.
Se puede definir el desgaste como el proceso por el cual se causa una perdida
superficial en una o ambas caras de los elementos en contacto cuando se
encuentran en movimiento relativo.
Es la perdida de material la que evidencia el fenómeno del desgaste y en la industria
minera es un tópico importante que precisa estudio, debido a que las partes de estas
máquinas se encuentran constantemente en contacto y movimiento con otros
elementos. Por tal motivo, la selección de los materiales para la fabricación de este
tipo de elementos debe ser muy precisa.
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1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
En la actualidad cuando se requieren materiales para una determinada aplicación
no se conocen realmente sus propiedades específicas y se opta por utilizar el más
comercial.
La idea principal de esta investigación es determinar las propiedades de 3
aleaciones antidesgaste comúnmente utilizadas en la industria minera, tal que se
puedan recomendar para una determinada aplicación, a partir de una serie de
ensayos y pruebas de laboratorio que permiten caracterizar adecuadamente cada
uno de los materiales de estudio.
Además, de ser una guía para comerciantes de partes, puede ser de gran ayuda
para aquellos fabricantes que busquen una solución a problemas relacionados
directamente con el desgaste erosivo en elementos de su maquinaría, que hoy en
día se encuentra fácilmente sometida a este fenómeno.
Las pérdidas por mala selección de materiales pueden llevar a la quiebra a una
empresa, o en una situación extrema causar la muerte por el fallo de alguna
máquina o componente de la misma.
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2. OBJETIVOS
2.1 OBJETIVO GENERAL
Comparar la resistencia al desgaste de tipo erosivo según la norma ASTM G76
en 3 materiales antidesgaste utilizados en la industria minera: Maxdur 450,
Hierro alto Cromo y Acero austenítico al manganeso (Hadfield).
2.2 OBJETIVOS ESPECIFICOS
Evaluar la resistencia al desgaste de tipo erosivo según la norma ASTM G-76
en las aleaciones MAXDUR 450, hierro alto cromo y acero austenítico al
manganeso.
Relacionar la dureza, microdureza y microestructura respecto a la resistencia
al desgaste erosivo.
Caracterizar morfológicamente la superficie de desgaste por medio de
microscopia electrónica de barrido SEM.
2.3 DELIMITACIÓN
La medición de la velocidad de impacto de las partículas sólidas y el flujo
másico durante la prueba, serán estimados a partir de la velocidad del aire
utilizando un anemómetro y del caudal suministrado a través de la boquilla
respectivamente.
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3. JUSTIFICACIÓN
La finalidad de este proyecto de investigación es evaluar la resistencia al desgaste
de tipo erosivo en 3 aleaciones antidesgaste comúnmente usadas en la fabricación
de partes y maquinaria de la industria minera. Se realiza este estudio, ya que, es
necesario en el momento de seleccionar un material para la fabricación de máquinas
(con tan alto ritmo de trabajo y exigencia); tener una referencia tanto en sus
características como en el tipo de aplicación, de tal forma que aumente la vida útil
de las piezas y el rendimiento de las máquinas.
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4. ANTECEDENTES
A. GARCÍA [1] realizó un estudio en el cual se analiza la respuesta al desgaste de
aceros austeníticos tipo Hadfield, en función del contenido de manganeso, partiendo
de aceros con proporciones dentro del intervalo del 4 a 6% de manganeso. Esta
investigación se realizó mediante ensayos pin on disk, según la norma ASTM G99-
05, los resultados obtenidos se relacionaron con la dureza y la microestructura,
determinando que la resistencia al desgaste no sólo depende de la dureza del
material sino también del tipo y distribución de precipitados existentes.
GUTIÉRREZ [2] realizó junto con otros investigadores un proyecto con el fin de
evaluar la resistencia al desgaste abrasivo en recubrimientos duros de alto Cr y alto
W usados como protección en la industria minera, en donde se evaluó la resistencia
al desgaste en una máquina de arena seca y rueda de caucho mediante el
procedimiento A de la norma ASTM G95 en el cual los resultados mostraron que la
mayor resistencia al desgaste abrasivo se obtuvo para recubrimientos con
microestructura formada por matiz eutéctica, carburos primarios de cromo del tipo
M7C3 y carburos complejos ricos en Nb, Mo, W y V. No se encontró ninguna relación
entre la dureza y la pérdida de masa de los recubrimientos.
En Mayo del año 2005, Kishore [3] realizó un estudio para determinar las
características abrasivas y erosivas de hierros alto cromo, en el cual se determinan
los efectos del contenido de manganeso y el espesor de las muestras sobre las
propiedades mecánicas y el desgaste de aleaciones de hierro que contienen entre
el 17 y 19% de cromo. Adicionalmente, se someten las muestras a tratamientos
térmicos para establecer su impacto sobre la resistencia al desgaste y cómo afecta
la dureza del material.
Los resultados obtenidos demostraron que la esferoidización de carburos debido al
tratamiento térmico contribuyo a elevar la dureza y mejorar la resistencia al desgaste
de las muestras para los casos evaluados. Además, las secciones de menor tamaño
mostraron alta dureza y superior resistencia al desgaste comparadas con las
secciones de mayor tamaño. Para los niveles de manganeso establecidos, la
resistencia al desgaste es mejor para las secciones de menor tamaño.
Xinba Yaer [4] en conjunto con 3 investigadores más realizaron un estudio en el
cual se determinaron las propiedades de hierros fundidos con carburos esferoidales
que fueron obtenidos a una temperatura de 1700 y 1800 ºC, adicionando 10% de
Vanadio para cristalizar los carburos esferoidales de vanadio en la estructura. El
objetivo de este estudio es evaluar la resistencia al desgaste erosivo de dos tipos
de hierros fundidos con carburos esferoidales, clasificados como resistentes al
desgaste.
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Obtuvieron como conclusión que los hierros fundidos con carburos esferoidales
tienen una resistencia al desgaste erosivo superior comparados con los hierros alto
cromo. La razón puede ser que los concentradores de esfuerzo se dispersaron
porque los carburos en la matriz estructural fueron esferoidizados mediante la
adición de vanadio. Además, el ángulo de impacto es uno de los mayores factores
de control del desgaste erosivo. Los ensayos se realizaron con ángulos de 30º, 60º
y 90º para determinar la relación entre el ángulo de impacto y la tasa de erosión.
Sin embargo, el factor de erosión de SCI-VMn y SCI-VCrNi (materiales usados para
el estudio), es independiente del ángulo de impacto de las partículas, esto quiere
decir, que son materiales ideales para ser usados en una sección doblada de un
tubo bajo estrictas circunstancias.
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5. MARCO TEÓRICO
5.1 TRIBOLOGÍA
La palabra tribología se deriva del griego Tpipoo, o tribos, que significa frotar, deslizar o tallar. La definición formal de tribología es: "la ciencia y tecnología de las superficies interactuando en movimiento relativo y de los temas y prácticas relacionadas"
A pesar de ser un término de reciente creación los tópicos que abarcan su estudio han sido de interés para la humanidad desde que se tuvieron necesidades como la transportación y la alimentación. Podemos decir que desde que el hombre aprendió como hacer fuego o inventó la rueda, ha trabajado con tópicos como son la fricción y el desgaste. La tribología estudia todos los aspectos relacionados con fricción, lubricación y desgaste. El auge de esta ciencia comenzó a tomar gran interés por el año de 1966 donde un estudio realizado por el gobierno de la Gran Bretaña, ahora conocido como el reporte Jost, sugirió que en el Reino Unido se podían lograr ahorros de hasta 500 millones de libras esterlinas, al aplicar tecnología tribológica en el diseño, construcción y operación de maquinaria industrial. En la presente y futura situación económica, los materiales y la conservación de la energía están llegando a tener gran importancia. El desgaste y la corrosión son las principales causas de pérdida del material. Cualquier reducción en el desgaste de los materiales traerá considerables ahorros. La fricción por otra parte es una causa seria de la disipación de energía, que al igual que el desgaste traerá significativos ahorros si es controlada. La lubricación es un proceso en donde la fricción y el desgaste entre dos superficies sólidas en movimiento relativo pueden ser reducidos, interponiendo entre las superficies un lubricante. La fricción y el desgaste están basados en interacciones físicas entre dos superficies con movimiento relativo. El rol de la lubricación es el de separar las superficies en movimiento por medio de una película sólida, líquida, o gaseosa que permita el movimiento con bajas resistencias, sin causar ningún daño. [5]
5.2 MECANISMOS DE DESGASTE
El desgaste puede ser definido como el proceso mediante el cual material es desprendido de una o de ambas superficies que se encuentran en contacto, ocurriendo cuando estas se encuentran en movimiento relativo una de la otra. En un buen diseño tribológico, la pérdida de material es un proceso muy lento, pero es estable y continuo. Clasificar los tipos de desgaste que se pueden presentar en un material suele ser difícil. La razón de esta dificultad es que el desgaste o resistencia al desgaste no es una propiedad intrínseca del material, como lo es el esfuerzo o la dureza, sino que está en función del sistema en el que opera, esto último fue propuesto por Czichos donde el término "sistema" cubre los materiales
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de los que son manufacturados los componentes, la naturaleza de la interacción y la interacción con el medio circundante. Como un intento de estandarizar, el trabajo elaborado por Czichos ha sido usado para sentar bases para la especificación alemana DIN 50 320. Esta especificación define cuatro mecanismos básicos: adhesión, abrasión, fatiga y acciones triboquímicas, otros mecanismos como picadura, fretting, erosión, cavitación, etc. son abarcados por los cuatro mecanismos mencionados anteriormente. [5]
5.3 DESGASTE ABRASIVO
En el desgaste abrasivo el material es removido o desplazado de una superficie por
partículas duras, de una superficie que es deslizada contra otra.
Existen dos formas básicas de abrasión. Abrasión por desgaste de dos cuerpos
figura 1 (a) y abrasión por desgaste de tres cuerpos figura 1 (b). El primero de ellos
ocurre cuando las protuberancias duras de una superficie son deslizadas contra
otra. Un ejemplo de esto es el pulido de una muestra mediante el uso de lijas.
Mientras que el otro, el tres cuerpos, se presenta en sistemas donde partículas
tienen la libertad de deslizarse o girar entre dos superficies en contacto, el caso de
aceites lubricantes contaminados en un sistema de deslizamiento puede ser claro
ejemplo de este tipo de abrasión. Los rangos de desgaste en la abrasión de tres
cuerpos, son generalmente más bajos, que en el sistema abrasión de dos cuerpos.
[6]
Figura 1. Tipos de abrasión.
a) Abrasión a dos cuerpos. b) Abrasión a tres cuerpos.1
5.4 DESGASTE ADHESIVO
El desgaste adhesivo ocurre entre dos superficies que se encuentren en contacto, las cuales se adhieren fuertemente formando uniones entre ellas. Un deslizamiento producirá un desprendimiento de material de la superficie suave. Si el material es dúctil, la deformación que se produzca antes de la separación de la partícula es
1 Tomado de: VALDEZ Alberto C. Estudio experimental del fenómeno de erosión seca empleando partículas abrasivas de
sílica sobre aceros herramentales, 2010. 154 p. Tesis (Maestro en ciencias con especialidad en ingeniería mecánica). Instituto Politécnico Nacional. Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica. Sección de estudios de postgrado e investigación.
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mucho mayor, si esta ha sido separada de la aspereza puede permanecer unida a la otra aspereza como material transferido de una superficie a otra o puede ser liberada como partícula de desgaste. En algunos casos, el punto de cedencia del material es excedido y las asperezas
se deforman plásticamente hasta que el área real de contacto incrementa lo
suficiente para soportar la carga aplicada, de tal modo que las superficies pueden
adherirse, ver figura 2. Esto causará que la soldadura en frío, se lleve a cabo.
Deslizamientos continuos causarán que las uniones entre asperezas sean
cizalladas y nuevas uniones sean formadas. Algunos factores como partículas de
contaminantes pueden ayudar a minimizar esta adhesión, las cuales se dispersan
del área de contacto por el movimiento relativo tangencial que ocurre en la interfase.
Figura 2. Desgaste adhesivo. Generación del mecanismo de adhesión al ser deformada
plásticamente las asperezas.2
a) Presión de contacto muy alta debido a la pequeña área de contacto.
b) La partícula es deformada plásticamente aumentando su área de contacto.
Produciéndose así la adhesión. A=Área de contacto, F=Fuerza, P=Presión de contacto
5.5 DESGASTE CORROSIVO
Es caracterizado como la degradación de materiales en donde la corrosión y los
mecanismos de desgaste se encuentran involucrados. La combinación de efectos
de desgaste y corrosión puede resultar en una pérdida total de material mucho más
grande que si se presentarán por adición o individualmente. La deformación plástica
por altos esfuerzos de contacto causa endurecimiento por deformación y
susceptibilidad al ataque químico. De igual forma la deformación plástica ocurrida
2 Tomado de: VALDEZ Alberto C. Estudio experimental del fenómeno de erosión seca empleando partículas
abrasivas de sílica sobre aceros herramentales, 2010. 154 p. Tesis (Maestro en ciencias con especialidad en ingeniería mecánica). Instituto Politécnico Nacional. Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica. Sección de estudios de postgrado e investigación.
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en el mecanismo de desgaste por impacto puede hacer que las superficies sean
más susceptibles a la corrosión.
Figura 3. Desgaste corrosivo. Modelo representativo de la formación de capa de oxido3
5.6 DESGASTE POR FATIGA
La fatiga en la superficie y sub superficie se observa durante deslizamiento y apisonamiento repetido. Los repetidos ciclos de carga y descarga a los cuales los materiales son expuestos pueden inducir la formación de grietas superficiales y sub superficiales, que eventualmente, después de un número crítico de ciclos resultarán en la rotura de la superficie. Antes de este punto crítico el desgaste del material es despreciable, lo que no sucede con el desgaste causado por un mecanismo adhesivo o abrasivo, donde el desgaste causa un deterioro gradual del material desde el inicio del proceso. Por tanto, la cantidad de material eliminado debido a la fatiga no es un parámetro útil. Mucho más relevante es la vida útil en términos del número de revoluciones o ciclos de trabajo antes de que ocurra la falla por fatiga. [7]
Figura 4. Desgaste por fatiga entre dos superficies en deslizamiento4
3 Tomado de: VALDEZ Alberto C. Estudio experimental del fenómeno de erosión seca empleando partículas abrasivas de
sílica sobre aceros herramentales, 2010. 154 p. Tesis (Maestro en ciencias con especialidad en ingeniería mecánica). Instituto Politécnico Nacional. Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica. Sección de estudios de postgrado e investigación. 4Tomado de: GOMÉZ Ronald M. Estudio del comportamiento a desgaste erosivo de recubrimientos wc-co micro y nano
estructurados. Valencia, 2009, 124 p. Tesis (fin de máster). Universidad Politécnica de Valencia. Departamento de ingeniería mecánica y de materiales.
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5.7 DESGASTE POR CAVITACIÓN
Es el fenómeno de cavitación, donde pequeñas cavidades de vacío (burbujas) se forman en un fluido sometido a grandes velocidades u ondas sónicas de gran energía. Este fenómeno erosiona el material debido a las grandes presiones transitorias durante el colapso de burbujas, la figura 5 muestra un esquema de este mecanismo. Este desgaste es más suave que la erosión y parece ser controlado por la resistencia a la fatiga de los materiales. La ocurrencia de este tipo de desgaste es común en la mayoría de maquinaria que está sujeta a vibración durante su operación. Básicamente el desgaste por vibración es una forma de desgaste adhesivo o abrasivo, donde la carga normal causa adhesión entre asperezas y el movimiento oscilatorio causa su rotura. [7]
Figura 5. Esquema del mecanismo de desgaste por cavitación.5
5.8 DESGASTE EROSIVO
Cuando una superficie sólida está expuesta a múltiples impactos de partículas duras, experimenta una forma de desgaste llamada erosión, la cual genera pérdida del material en la superficie como consecuencia de la interacción mecánica con las partículas. El impacto de las partículas duras provoca deformación, fractura y remoción de material en la superficie dañada. En la Figura 6 se muestra un diagrama esquemático de las fuerzas al momento del contacto de una partícula contra una superficie sólida. La partícula experimenta la fuerza de la gravedad en su centro de masa, fuerzas de contacto causadas por el contacto con otras partículas, fuerza de reacción de la superficie al momento del impacto y la fuerza de arrastre obtenida del medio que transporta la partícula (algún fluido). Sin embargo la fuerza dominante en una partícula erosiva, la cual es la principal responsable de su desaceleración desde su velocidad de impacto inicial, es generalmente la fuerza de contacto ejercida por la superficie.[8]
5Tomado de: GOMÉZ Ronald M. Estudio del comportamiento a desgaste erosivo de recubrimientos wc-co micro y nano estructurados. Valencia, 2009, 124 p. Tesis (fin de máster). Universidad Politécnica de Valencia. Departamento de ingeniería mecánica y de materiales.
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Figura 6. Diagrama esquemático de las fuerzas que experimenta una partícula al hacer contacto con una superficie sólida.6
Para analizar la fuerza de contacto ejercida por la superficie consideremos una partícula sólida, homogénea, rígida e indeformable y un análisis de impacto quasi-estático (por ejemplo ignorando los efectos dinámicos tales como la propagación de ondas y la sensibilidad a la razón de deformación). Además consideraremos que la deformación de la superficie es perfectamente plástica, con una presión de penetración constante (dureza) H. En la Figura 7 se presenta el momento en que una partícula con masa (m), viajando a una velocidad (V), toca la superficie en un tiempo t = 0 después a un tiempo determinado t, la partícula ha penetrado la superficie sólida una distancia (x) y ha formado una área de contacto A(x). La partícula llega al punto de reposo en un tiempo t = T y ha penetrado una distancia total (d). [8]
6Tomado de: RODRIGUEZ Julián. Desgaste erosivo en cajas de corazones usadas en la industria automotriz. San Nicolás
de los Garza, 2014. 201p. Tesis (Doctor en ingeniería en materiales). Universidad Autónoma de Nuevo León. División de
estudios de post-grado.
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Figura 7. Proceso de penetración de una partícula rígida dentro de la superficie de un material
deformable plásticamente a un ángulo de impacto normal. 7 El contacto inicial ocurre a un tiempo t = 0, y la partícula alcanza el punto de reposo en un tiempo de t = T
5.8.1 Efecto del ángulo de impacto
Se entiende por ángulo de impacto a la orientación del movimiento del flujo de las partículas que se dirigen contra una superficie sólida. Al variar el ángulo de impacto la razón de erosión de un material cambia, como se observa en la gráfica esquemática de la Figura 8. La mayor razón de erosión en los materiales dúctiles se encuentra entre los ángulos de 20º y 30º, mientras que para los materiales frágiles la mayor erosión se presenta a 90º. [8]
Figura 8. Resistencia a la erosión relativa para materiales dúctiles y frágiles.8
7Tomado de: RODRIGUEZ Julián. Desgaste erosivo en cajas de corazones usadas en la industria automotriz. San Nicolás
de los Garza, 2014. 201p. Tesis (Doctor en ingeniería en materiales). Universidad Autónoma de Nuevo León. División de estudios de post-grado. 8Tomado de: RODRIGUEZ Julián. Desgaste erosivo en cajas de corazones usadas en la industria automotriz. San Nicolás
de los Garza, 2014. 201p. Tesis (Doctor en ingeniería en materiales). Universidad Autónoma de Nuevo León. División de estudios de post-grado.
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5.8.2 Forma
La intensidad del desgaste depende fuertemente de la forma de la partícula; donde aquellas que sean angulares causan mayor desgaste que las que muestran forma redonda. Algunas formas en las que pueden ser presentadas las partículas erosivas son mostradas en la figura 9.
Figura 9. Partículas erosivas.
a) Esferas de vidrio, b) Carburos de tungsteno, c) Alúmina, d) Diamantes.9
5.9 ACERO
El acero es una aleación de hierro que tiene un contenido de carbono que varía entre 0.02% y 2.11%. Es frecuente que también incluya otros ingredientes de aleación: manganeso, cromo, níquel y molibdeno; pero es el contenido de carbono lo que convierte al hierro en acero.
5.9.1 Aceros al carbono
Estos aceros contienen carbono como elemento principal de la aleación, y sólo pequeñas cantidades de otros elementos (lo normal es alrededor de 0.5% de manganeso). La resistencia de los aceros simples al carbono se incrementa con el contenido de éste; en la figura 6.12 se presenta una gráfica común de esa relación. De acuerdo con un esquema de nomenclatura creado por el American Iron and Steel Institute (AISI) y la Society of Automotive Engineers (SAE), los aceros simples al carbono se especifican por medio de un sistema numérico de cuatro dígitos: 10XX, donde el 10 indica que el acero es al carbono simple, y XX señala el porcentaje de carbono en centésimas de puntos porcentuales. Por ejemplo, un acero 1020 contiene 0.20% de C. Es común que los aceros simples al carbono se clasifiquen en tres grupos, de acuerdo con su contenido de carbono: 1. Aceros al bajo carbono. Contienen menos del 0.20% de C y son por mucho los más utilizados. Las aplicaciones normales son en las piezas automotrices de lámina, placa de acero para la fabricación y vías férreas. Es relativamente fácil dar forma a estos aceros, lo cual los hace de uso muy difundido en aplicaciones que no requieren una resistencia elevada. Por lo general, también los aceros fundidos caen en este rango de carbono. 2. Aceros al medio carbono. Su contenido de carbono varía entre 0.20% y 0.50%, y se especifican para aplicaciones que requieren una resistencia mayor que las de
9Tomado de: VALDEZ Alberto C. Estudio experimental del fenómeno de erosión seca empleando partículas abrasivas de
sílica sobre aceros herramentales, 2010. 154 p. Tesis (Maestro en ciencias con especialidad en ingeniería mecánica). Instituto Politécnico Nacional. Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica. Sección de estudios de postgrado e investigación.
18
los aceros al bajo carbono. Las aplicaciones incluyen componentes de maquinaria y piezas de motores tales como cigüeñales y rodillos de transmisión. 3. Aceros al alto carbono. Contienen carbono en cantidades superiores a 0.50% y se especifican para aplicaciones que necesitan resistencias aún mayores y también rigidez y dureza. Algunos ejemplos son resortes, herramientas y hojas de corte y piezas resistentes al desgaste.
5.9.2 Aceros de baja aleación
Son aleaciones de hierro−carbono que contienen elementos adicionales en cantidades que totalizan menos de 5% del peso. Debido a estas adiciones, los aceros de baja aleación tienen propiedades mecánicas superiores a las de los simples al carbono para aplicaciones dadas. Las propiedades superiores por lo general significa más resistencia, dureza, dureza en caliente, resistencia al desgaste, tenacidad y combinaciones más deseables de éstas. Es frecuente que se requiera tratamiento térmico para lograr propiedades mejoradas. Los elementos comunes de aleación que se agregan al acero son cromo, manganeso, molibdeno, níquel y vanadio, a veces en forma individual pero por lo general en combinaciones. Es frecuente que estos elementos formen soluciones sólidas con hierro y compuestos metálicos con carbono (carburos), lo que supone que hay suficiente carbono presente para efectuar la reacción. Los efectos de los ingredientes principales de la aleación se resumen como sigue:
➣ El cromo (Cr) mejora la resistencia, dureza, resistencia al desgaste y dureza en
caliente. Es uno de los ingredientes de aleación más eficaces para incrementar la templabilidad. En proporciones significativas, el Cr mejora la resistencia a la corrosión.
➣ El manganeso (Mn) mejora la resistencia y dureza del acero. Cuando éste se
encuentra caliente, la templabilidad mejora con el aumento de manganeso. Debido a estos beneficios, el manganeso es un ingrediente que se usa mucho en las aleaciones de acero.
➣ El molibdeno (Mo) incrementa la tenacidad y dureza en caliente. También
mejora la templabilidad y forma carburos que dan resistencia al desgaste.
➣ El níquel (Ni) mejora la resistencia y la tenacidad. Incrementa la dureza pero no
tanto como los otros elementos de las aleaciones del acero. En cantidades significativas mejora la resistencia a la corrosión y es el otro ingrediente principal (además del cromo) de ciertos tipos de acero inoxidable.
➣ El vanadio (V) inhibe el crecimiento de granos durante el procesamiento a
temperaturas elevadas, lo cual mejora la resistencia y tenacidad del acero. También forma carburos que incrementan la resistencia al desgaste.
19
5.10 ÓXIDOS CERÁMICOS
El óxido más importante de los nuevos cerámicos es la alúmina. Aunque también se le estudia en el contexto de los cerámicos tradicionales, hoy día la alúmina se produce en forma sintética a partir de la bauxita, con un método de horno eléctrico. Por medio del control del tamaño de las partículas e impurezas, mejoras en los métodos de refinación y la mezcla de cantidades pequeñas de otros ingredientes cerámicos, se mejora en forma sustancial la resistencia e inflexibilidad de la alúmina, en comparación con su contraparte natural. La alúmina también tiene buena dureza en caliente, baja conductividad térmica y alta resistencia a la corrosión. Ésta es una combinación de propiedades que estimulan una variedad de aplicaciones, inclusive: abrasivos (esmeriles de arena), biocerámicos (huesos y dientes artificiales), aislantes eléctricos, componentes electrónicos, ingredientes de aleación del vidrio, ladrillos refractarios, insertos para herramientas de corte.
5.11 CARBUROS
Los carburos cerámicos incluyen los carburos de silicio (SiC), tungsteno (WC), titanio (TiC), tantalio (TaC) y cromo (Cr3C2). El carburo de silicio ya se estudió. Aunque es un cerámico hecho por el hombre, los métodos para su producción se desarrollaron hace un siglo, y por ello generalmente se le incluye en el grupo de los cerámicos tradicionales. Además de su empleo como abrasivo, otras aplicaciones del SiC incluyen elementos de resistencia al calentamiento y aditivos para la fabricación de acero. Se valora al WC, TiC y TaC, por su dureza y resistencia al desgaste en herramientas de corte y otras aplicaciones que requieren de esas propiedades. El carburo de tungsteno fue el primero que se creó y es el material más importante y de mayor uso de su grupo. El WC se produce en forma común por medio de carburar polvos de tungsteno que han sido reducidos a partir de minerales de tungsteno, tales como la wolframita (FeMnWO4) y la scheelita (CaWO4). El carburo de titanio se produce con la carburación de los minerales rutilo (TiO2) o ilmenita (FeTiO3). Y el carburo de tantalio se hace carburando ya sea polvos de tantalio o pentóxido de tantalio (Ta2O5). El carburo de cromo es más apropiado para aplicaciones en las que son importantes la estabilidad química y la resistencia a la oxidación. El Cr3C2 se prepara con la carburación del óxido de cromo (Cr2O3) como componente inicial. En todas estas reacciones la fuente usual de carbono es el negro de humo. Excepto para el SiC, cada carburo de los que se estudian aquí debe combinarse con un aglutinante metálico como el cobalto o níquel, a fin de fabricar un producto sólido útil. En efecto, los polvos de carburo adheridos en una matriz metálica crean lo que se conoce como carburo cementado, que es un material compuesto, se trata en específico de cermet (abreviación de cerámica y metal). Los carburos tienen poco valor para la ingeniería, excepto como constitutivos de un sistema compuesto.
20
5.12 CERMET
Un cermet es un material compuesto en el que un cerámico está contenido en una matriz metálica. Es frecuente que el cerámico domine la mezcla, pues a veces su volumen llega a ser de hasta 96%. El enlace puede mejorarse por medio de una solubilidad ligera entre las fases a temperaturas elevadas que se utilizan para procesar estos compuestos. Los cermets se dividen en 1) carburos cementados y 2) cermets con base en óxidos.
5.13 CARBUROS CEMENTADOS
Los carburos cementados están integrados de uno o más compuestos de carburo enlazados en una matriz metálica. El término cermet no se emplea para todos estos materiales, aun cuando es técnicamente correcto. Los carburos cementados comunes se basan en los carburos de tungsteno (WC), de titano (TiC) y de cromo (Cr3C2).
También se emplea el carburo de tantalio (TaC) y otros, pero son menos comunes. Los aglutinantes metálicos principales son el cobalto y el níquel. Ya se estudiaron los cerámicos de carburo; constituyen el ingrediente principal de los carburos cementados, y es común que su contenido varíe de 80% a 95% del peso total. Las piezas de carburo cementado se producen con técnicas de procesamiento de partículas. El cobalto es el aglutinante que se utiliza para el WC, y el níquel es el más común para el TiC y el Cr3C2. Aun cuando el aglutinante constituye sólo 5% a 15%, su efecto sobre las propiedades mecánicas es significativo en el material compuesto. Si se utiliza el WC-Co como ejemplo, se ve que conforme se incrementa el porcentaje de Co la dureza disminuye y la resistencia transversal a la ruptura (TRS) aumenta, la TRS se correlaciona con la rigidez del compuesto de WC-Co. Las herramientas de corte son la aplicación más común de los carburos cementados, con base en el carburo de tungsteno. Otras aplicaciones de los carburos cementados de WC-Co incluyen los dados para estirar alambre, brocas para taladros de roca y otras herramientas de minería, troqueles para metalurgia de polvos, indentadores para probadores de dureza, y otras aplicaciones en las que la dureza y resistencia al desgaste son requerimientos de importancia crítica. Los cermets de carburo de titanio se emplean principalmente en aplicaciones de alta temperatura. El níquel es el aglutinante preferido; su resistencia a la oxidación en condiciones de temperaturas elevadas es superior a la del cobalto. Las aplicaciones incluyen aspas de toberas de turbinas de gas, asientos de las válvulas, tubos de protección de termopares, boquillas de sopletes y herramientas giratorias de trabajo en caliente. El TiC-Ni también se emplea como material de las herramientas de corte en las operaciones de maquinado. En comparación con los carburos cementados de WC-Co, los carburos de cromo unidos por níquel son más frágiles, pero tienen estabilidad química y resistencia a la corrosión excelentes. Esta combinación, junto con su buena resistencia al desgaste, los hace apropiados para aplicaciones tales
21
como bloques de calibrador, forros de válvulas, boquillas rociadoras y anillos para sellar cojinetes. Cermets con base en óxidos La mayoría de estos compuestos emplean Al2O3 como la fase de partículas; el MgO es otro óxido que se utiliza en ocasiones. Una matriz metálica común es el cromo, aunque también se usan otros metales como aglutinantes. Las proporciones relativas de las dos fases varían de manera significativa, y cabe la posibilidad de que el aglutinante metálico sea el ingrediente principal. Las aplicaciones incluyen herramientas de corte, sellos mecánicos y escudos de termopares. [9]
22
6. MATERIALES Y METODOS
Para realizar este estudio se usaron 3 materiales resistentes al desgaste muy
comúnmente utilizados en la industria minera los cuales son:
Acero austenítico al manganeso
Hierro alto cromo
Acero antidesgaste maxdur 450
Se fabricaron 6 muestras de cada uno de estos materiales para efectuar los distintos
ensayos y pruebas de laboratorio correspondientes a este estudio.
En primer lugar se prepararon 3 muestras metalográficamente (una de cada
material) luego se observaron en el microscopio óptico, en el que se tomaron
algunas fotografías para luego caracterizar cada material.
También se realizaron pruebas de dureza y microdureza a estas mismas muestras.
Con las 5 probetas restantes de cada material, luego de pasar por un proceso de
rectificado, se realizaron los ensayos de desgaste erosivo y posteriormente un
análisis por microscopia electrónica de barrido.
Para las pruebas de resistencia al desgaste erosivo fue necesario fabricar un
soporte especial para las probetas. Ya que, la máquina que se encuentra
actualmente en la Universidad Distrital no puede sostener muestras de las
dimensiones que se fabricaron.
23
6.1 MATERIALES
6.1.1 ACERO AUSTENITICO AL MANGANESO
Los aceros austeníticos al manganeso se emplean cuando se requieren tanto
buenas características de tenacidad como una buena respuesta frente al desgaste.
El alto contenido de manganeso de estas aleaciones consigue estabilizar la
austenita aunque el contenido en carbono sea alto. Además, la adición de otros
elementos aleantes, como molibdeno y silicio, facilita el tratamiento térmico de estos
aceros y la posibilidad de endurecerlos mediante la formación de carburos
precipitados en la matriz austenítica. Otra posibilidad, para aumentar la dureza de
los aceros austeníticos al manganeso, es el trabajo en frío: la austenita tiende a
transformase en martensita, en la superficie, a causa de la fricción. El primer acero
austenítico al manganeso contenía en torno a 1,2 % de carbono y 12 % de
manganeso y fue inventado por Sir Robert Hadfield, en 1882, por lo que se
denominó acero Hadfield. Este acero combina características de alta tenacidad y
ductilidad, a la vez que capacidad de endurecimiento por trabajo en frío y resistencia
al desgaste. En la actualidad, todavía, se emplea ampliamente el acero Hadfield,
con algunas modificaciones en su composición que implican, fundamentalmente,
modificaciones en el contenido en carbono y manganeso, así como el empleo de
diferentes proporciones de elementos aleantes, como cromo, vanadio, níquel,
molibdeno, etc. En combinación con el carbono, el manganeso puede formar
distintos carburos: Mn7C3, Mn5C2, Mn23C6 y Mn15C5; sin embargo,
generalmente, para los contenidos habituales de manganeso los únicos carburos
que aparecen son (Fe,Mn)3C y, principalmente, Mn3C. Las propiedades mecánicas
de los aceros austeníticos se ven modificadas, tanto por el contenido en manganeso
como por el contenido en carbono.
Según aumenta el carbono de la aleación, se hace más difícil su retención en
solución, lo cual implica que la resistencia a tracción no aumente y la ductilidad
disminuya. Por el contrario, la resistencia al desgaste aumenta cuando lo hace el
porcentaje de carbono, por lo que las cantidades de este elemento que se emplean,
frecuentemente, no son las óptimas en cuanto a características mecánicas,
sacrificando, en parte, la resistencia a tracción y la ductilidad en favor de la
respuesta frente al desgaste.[1]
6.1.2 HIERRO ALTO CROMO
Las fundiciones blancas de alta aleación son usadas principalmente para
aplicaciones resistentes a la abrasión se caracterizan por el gran volumen de
carburos eutécticos en su microestructura los cuales proveen la alta dureza
necesaria para el aplastamiento y molienda de otros materiales. La matriz metálica
24
que soporta la fase carburo en estas fundiciones puede ser ajustada por el
contenido de aleantes y el tratamiento térmico para desarrollar el balance apropiado
entre resistencia a la abrasión y la tenacidad necesitada para soportar impacto
repetido. Todas las fundiciones blancas de alta aleación contienen cromo para
prevenir la formación de grafito durante la solidificación y para asegurar la
estabilidad de la fase carburo. La mayoría contienen también níquel, molibdeno,
cobre, o combinaciones de estos elementos aleantes para prevenir la formación de
perlita en la microestructura. Mientras que las fundiciones blancas de baja aleación
desarrollan durezas en el rango de 350 a 550 HB, el rango de las fundiciones
blancas de alta aleación se encuentra entre 450 a 800 HB. Además, muchos grados
contienen carburos eutécticos de aleación (carburos de cromo M7C3) los cuales
son sustancialmente más duros que el carburo de hierro en las fundiciones de baja
aleación.
Las fundiciones blancas de alto cromo (25- 28%Cr) tienen excelente resistencia al
desgaste la cual está directamente relacionada con dureza del material. Por medio
de variaciones en la composición y de tratamientos térmicos estas propiedades
pueden ser ajustadas para cumplir con las necesidades de aplicación. Este tipo de
fundiciones están regidas por la norma ASTM A532.
Este tipo de fundiciones se caracterizan por los carburos eutécticos M7C3 duros,
relativamente discontinuos, presentes en su estructura, al contrario de los carburos
eutécticos M3C más suaves, más continuos presentes en las fundiciones aleadas
que poseen menos cromo. Con pocas excepciones, estas aleaciones son
producidas como compuestos hipoeutécticos. [10]
6.1.3 ACERO ANTIDESGASTE MAXDUR 450
Los aceros antiabrasión son aleaciones de acero de bajo carbono mezclado con
proporciones controladas de diversos elementos, entre los que se destacan, Cromo
(Cr), Níquel (Ni), Manganeso (Mn), Molibdeno (Mo), Silicio (Si) y Vanadio (V),
además de contenidos bajos y controlados de las impurezas de Fósforo (P), y Azufre
(S), así como también los llamados microaleantes tales como Boro (B), Niobio (Nb)
y Titanio (Ti).
El Carbono (C) es el elemento fundamental de la aleación, a medida que se
incrementa el contenido de éste, aumenta también la resistencia y dureza del acero,
pese a que su ductilidad se reduce, por esa razón también son necesarios los
tratamientos térmicos, los cuales permiten que los átomos de Carbono se
concentren y formen microestructuras más estables y equilibradas. Durante la
solidificación del metal se produce una nueva distribución atómica que conduce a la
microestructura final, la cual puede ser variada según los requerimientos técnicos y
el servicio que prestará el material, si se modifica de una u otra forma la composición
química o la velocidad de solidificación a una temperatura controlada.
Los elementos de la aleación cumplen funciones específicas; la adición de Cromo
de hasta un 4 por ciento aumenta la dureza, la elasticidad, la resistencia a la tracción
25
y también la resistencia al desgaste de los aceros, y se utiliza para la fabricación de
aceros para brocas, pinzas y palas industriales. Es frecuente que la industria
prefiera los carburos de Cromo por su mayor aporte a la resistencia a la abrasión
en el acero.
El Manganeso con contenidos superiores al 0,8 por ciento en los aceros, les otorga
una gran resistencia al desgaste y al impacto, con lo cual resultan de gran utilidad
en la construcción de blindajes, ruedas de locomotora y trituradoras. Cuando se usa
el Manganeso en grandes porcentajes (de 11 a 14 por ciento) se produce una
aleación austenítica llamada acero Hadfield; se trata de un material cuya elevada
dureza, buena ductilidad, alta capacidad de endurecimiento por acritud y magnífica
resistencia al desgaste lo hacen ideal para herramientas de minería y aplicaciones
similares.
Por su parte, la adición de Silicio en estas aleaciones, constituye uno de los grandes
avances en la última década, pues mejora las propiedades mecánicas de los aceros
antidesgaste. Este elemento evita la formación de carburos y enriquece la Austenita
en el Carbono, produciendo una microestructura formada por láminas de Bainita
que contienen Austenita retenida entre ellas, lo que aumenta de manera significativa
la tenacidad del material.
En el caso del Níquel, este proporciona mayor resistencia a la tracción y tenacidad
al acero e influye notablemente en la resistencia a la corrosión. El Molibdeno se
caracteriza por aumentar las propiedades mecánicas del acero, en especial la
dureza y la tenacidad, el Vanadio inhibe el crecimiento de los granos durante el
proceso a temperaturas elevadas y durante el tratamiento térmico, lo cual mejora la
resistencia y tenacidad del material, también forma carburos que incrementan la
resistencia al desgaste. [11]
26
6.2 MÉTODOS
A continuación se muestra un diagrama donde se encuentran los métodos
utilizados para el desarrollo de esta investigación.
6.2.1. FABRICACIÓN DE LAS MUESTRAS
Las probetas fueron fabricadas en la empresa Acerías De Los Andes los cuales muy
cordialmente permitieron ingresar a las instalaciones y observar parte del proceso
de fundición del Acero austenítico al manganeso y del Hierro Alto Cromo, materiales
que utilizan cotidianamente en las máquinas y partes que diseñan y reparan allí.
ESTUDIO TRIBOLÓGICO DE
ALEACIONES ANTIDESGASTE
Se evaluó
HIERRO ALTO
CROMO MAXDUR 450
ACERO HADFIELD
CARACTERIZACIÓN DE
LA MICROESTRUCTURA RESISTENCIA AL
DESGASTE EROSIVO
METALOGRAFÍA DUREZA MICRODUREZA
ASTM G 76 -02
ANALISIS SUPERFICIE
DE DESGASTE
MEB
27
Figura 10. Proceso de fabricación moldes en arena. Lugar: Acerías de los Andes.
Fuente: El Autor.
Figura 11. Proceso de Fabricación moldes en arena. Extracción de modelos.
Lugar: Acerías de los Andes. Fuente: El Autor.
En la figura 11 se puede evidenciar como se retira el modelo en madera para dejar
libre el molde que será utilizado para la fundición.
Figura 12. Molde en arena terminado. Lugar: Acerías de los Andes. Fuente: El Autor.
En la figura 12 se puede observar el molde de fundición terminado con sus
respiraderos y vertederos. El molde fue fabricado en una mezcla de resina y arena,
a este método se le conoce como resinas autofraguantes.
Posteriormente en este molde se verterá el material fundido.
28
Figura 13. Proceso de fabricación de probetas.
a) Vertimiento de material fundido en molde. b) Araña.
Fuente: El Autor.
En la figura 13a se puede observar cómo se vierte el material después de pasar por
el proceso de fundición en un horno de inducción.
Luego de enfriarse el material fundido se procede a retirarlo del molde, lo que resulta
de este proceso se le conoce como araña (Figura 13b)
Posteriormente se procede a extraer las piezas necesarias y al pulido de las
mismas.
Figura 14. Probetas fundidas de Acero austenítico al manganeso. Fuente: El Autor.
En la figura 14 se pueden observar las probetas terminadas luego de pasar por el
proceso de austenización en un horno.
Por este proceso de fundición pasaron las muestras de Hierro alto cromo y Acero
austenítico al manganeso. Las probetas de Acero antidesgaste Maxdur 450 fueron
compradas en la Compañía General de Aceros, ya que, es un material exclusivo de
esta empresa.
a) b)
29
6.2.2 CARACTERIZACIÓN MICROESTRUCTRAL
Para caracterizar microestructuralmente los 3 materiales antidesgaste ya
mencionados, se prepararon las muestras para realizar un análisis metalográfico
(una muestra de cada material).
Inicialmente se cortaron pequeños trozos de las probetas originalmente fabricadas
en la cortadora metalográfica METKON Metacut 250 (figura 15), para luego ser
encapsuladas en la encapsuladora METKON Ecopress 50 (figura 16) con una resina
fenólica negra en polvo.
Figura 15. Cortadora metalográfica METKON metacut 250. Fuente: El Autor.
Figura 16. Encapsuladora METKON ecopress 50. Fuente: El Autor.
Figura 17. Probetas encapsuladas. Fuente: El Autor.
Posteriormente con lijas se obtiene una superficie pulida la cual es perfeccionada
en la pulidora metalográfica (figura 18), que cuenta con dos discos giratorios los
cuales contienen paños especiales a los que se les adiciona abrasivo en polvo y
30
lubricante y así conseguir una superficie ideal para el estudio microscópico, libre de
manchas, rayas o imperfecciones que puedan afectar la visibilidad de la
microestructura en el microscopio óptico.
Figura 18. Pulidora metalográfica METKON forcipol 2V. Fuente: El Autor.
Las muestras pulidas con acabado a espejo deben ser atacadas con un reactivo
especial, el cual permite distinguir los límites de grano, diferenciar las fases y
resaltar las inclusiones.
Las probetas de Acero austenítico al manganeso y Acero antidesgaste Maxdur 450
fueron atacadas con el reactivo Nital. La probeta de Hierro alto cromo tuvo que ser
atacada con un reactivo distinto llamado glyceregia, que consiste en una mezcla de
glicerina, ácido clorhídrico y ácido nítrico a una temperatura de 50 ºC.
Las fotografías de la microestructura de estos materiales se tomaron en un
microscopio óptico ZEISS Axio observer D1M (figura 19), el cual permite observar
en aumentos progresivos de 100x a 1000x.
Figura 19. Microscopio óptico ZEISS AXIO Observer D1M. Fuente: El Autor.
31
6.2.3 DUREZA
Las pruebas de dureza se realizaron en el durómetro GNEHM SWISS ROCK 160
con una carga de 150Kg durante 10 segundos, según la norma ASTM E-18.
Figura 20. Durómetro GNEHM SWISS ROCK 160. Fuente: El Autor.
6.2.4 MICRODUREZA
Las pruebas de microdureza se realizaron en un microdurometro Shimadzu HMV-
2, con una carga de 1.96N durante 30 segundos, según la norma ASTM E384.
Figura 21. Microdurómetro Shimadzu HMV-2. Fuente: El Autor
32
6.2.5 DESCRIPCION DEL ENSAYO ASTM G76-02
La norma ASTM G76 describe específicamente el método de ensayo para evaluar
el desgaste de tipo erosivo por partículas sólidas a partir de la pérdida de masa.
Bajo esta norma se establecen algunas indicaciones de prueba estándar las cuales
pueden ser modificadas siempre y cuando se documenten y se justifiquen.
El ensayo consiste en impulsar unas partículas resistentes al desgaste, a través de
un chorro de gas, el cual las acelera y las conduce por una boquilla, luego chocan
contra el espécimen a estudiar.
Las partículas erosivas son de un solo uso, luego de este deben ser desechadas ya
que pueden contener el material que se desprende del espécimen durante la
prueba.
Los parámetros de la prueba son la distancia entre el espécimen y la boquilla, el
ángulo de impacto de las partículas, el tamaño de las partículas y la velocidad de
las mismas.
Se debe tener en cuenta también el diámetro, la longitud y la forma de la boquilla, y
el acabado superficial interno de esta.
Para entender mejor este método de ensayo se anexa la norma al final de este
documento.
Figura 22. Máquina para ensayos de desgaste erosivo. Fuente: El Autor.
33
6.2.3 ANALISIS DE SUPERFICIES DE DESGASTE
Luego de realizar los ensayos de desgaste erosivo a las diferentes probetas de los
materiales ya mencionados anteriormente, se analizaron las huellas de desgaste en
un microscopio electrónico de barrido FEI QUANTA 200 en la Universidad Nacional
de Colombia.
Figura 23. Microscopio electrónico de barrido FEI QUANTA 200. Fuente: El Autor.
34
7. RESULTADOS Y ANALISIS DE RESULTADOS
A continuación se presentan todos los resultados obtenidos en el desarrollo de
esta investigación, partiendo desde la composición química de los materiales
objeto de estudio, hasta el análisis de las superficies de desgaste.
7.1 COMPOSICIÓN QUÍMICA
A continuación se presenta la composición química de cada uno de los materiales
utilizados. Para el Acero Hadfield y el hierro alto cromo se realizó por medio de
espectrometría de emisión por chispa en Acerías De Los Andes.
ACERO AUSTENITICO AL MANGANESO
%Fe %C %Si %Mn %P %S %Ni %Al %Cu
83,979 1,275 0,157 12,959 0,022 1,492 0,064 0,01 0,034 Tabla 1. Composición química Acero austenítico al manganeso.
Tabla 2. Composición química Hierro alto cromo.
Tabla 3. Composición química Maxdur 450. (Porcentaje en peso)
7.2 ANÁLISIS METALOGRÁFICO
En la figura 24 se observa el acero al manganeso (Hadfield) sin ataque químico. Se
evidencia la presencia de microporosidades características de productos fundidos
al quedar aire atrapado en el interior, a pesar de ser fabricado de esta manera no
son muchas las porosidades.
HIERRO ALTO CROMO
%Fe %C %Si %Mn %P %S %Ni %Cr %Mo %Al %Cu %Ti %V
71,501 3,146 0,09 0,43 0,004 0,013 0,072 23,153 0,908 0,012 0,658 0,004 0,009
MAXDUR 450
%C %Mn %P %S %Cr %Mo %B %Ni
0,18 1,45 0,02 0,003 0,8 0,2 0,003 0,12
35
Figura 24. Micrografía del Acero austenítico al manganeso. Sin ataque (500x).
Fuente: El Autor.
En la figura 25 se muestra la microestructura del acero austenítico al manganeso a
un aumento de 500x, este material fue atacado con Nital al 5%.
Figura 25. Acero austenítico al manganeso, atacado con Nital al 5% (500x).
Fuente: El Autor.
36
Figura 26. Acero austenítico al manganeso, atacado con Nital al 5% (1000x).
Fuente: El Autor.
Figura 27. Microestructura Acero Austenítico al Manganeso.
a) 1000X b) 3200x. Fuente: El Autor.
La microestructura del acero austenítico al manganeso (figura 26 y figura 27) está
compuesta por una matriz austenítica con carburos precipitados y ferrita.
b) a)
37
Figura 28. Diagrama C-Fe-Mn con contenido de 13% de manganeso.10
Con el diagrama de fases (figura 28) se confirma lo expresado anteriormente de la
microestructura del acero austenítico al manganeso con 1.3% de carbono y 13% de
manganeso.
En la figura 29 se visualizan microporosidades en el hierro alto cromo, debido a que
este material paso por un proceso de fundición.
Figura 29. Hierro alto cromo. Sin ataque. (100x).
Fuente: El Autor.
10 Tomado de: O. Higuera, C. Moreno, B. Suarez, Evolución microestructural del acero austenítico al manganeso sometido a
tratamiento térmico de temple y revenido. Revista ingenierías Universidad de Medellín. Vol 9. No. 17. Julio-Diciembre de 2010. Medellín, Colombia.
38
Figura 30. Hierro alto cromo. Atacado con glyceregia (100x).
Fuente: El Autor.
En la figura 30 se puede observar como microconstituyente primario austenita
solidificada en la matriz.
Figura 31. Diagrama de fases Fe-C-Cr.11
En este diagrama (figura 31) se puede confirmar lo explicado en la imagen anterior,
se evidencia la fase de austenita en el hierro alto cromo con un porcentaje de
carbono de 3% y de cromo de 23%.
11 Tomado de: Iván Morales, Evaluación y caracterización de la respuesta a desgaste de dos aleaciones de hierro fundido
blanco, Universidad de los Andes, Departamento de Ingeniería Mecánica, 2007, Bogotá, Colombia.
39
Figura 32. Acero antidesgaste Maxdur 450. Sin ataque. (200x).
Fuente: El Autor.
En la figura 32 se observa una fotografía del acero antidesgaste Maxdur 450 sin
ataque, no se visualizan tantas porosidades como en los dos materiales mostrados
anteriormente. Ya que, fue fabricado por el proceso de laminado.
Figura 33. Acero antidesgaste Maxdur 450. Atacado con Nital al 5%. (500x)
Fuente: El Autor.
40
Figura 34. Microestructura Maxdur 450. a) 1000x, b) 3200x.
Fuente: El Autor.
En la figura 33 y figura 34 se puede observar la microestructura del Acero
antidesgaste Maxdur 450, la cual consiste en láminas de bainita que contienen
austenita retenida.
41
7.3 DUREZA
Tabla 4. Mediciones de dureza Acero austenítico al manganeso.
VALORES DE MEDICIÓN DE DUREZA
Acero Austenítico al Manganeso
MEDICIÓN DUREZA (HRC)
1 53,3
2 54,1
3 56,3
4 57,3
5 56,1
PROMEDIO 55,4
DESVIACIÓN ESTANDAR 1,7
Tabla 5. Mediciones de dureza Hierro alto cromo.
VALORES DE MEDICIÓN DE DUREZA Hierro Alto Cromo
MEDICIÓN DUREZA (HRB)
1 88,1
2 88,8
3 92,6
4 89,2
5 91,9
PROMEDIO 90,1
DESVIACIÓN ESTANDAR 2,0
Tabla 6. Mediciones de dureza Acero antidesgaste Maxdur 450.
VALORES DE MEDICIÓN DE DUREZA Acero Antidesgaste Maxdur 450
MEDICIÓN DUREZA (HRC)
1 37,4
2 38,9
3 39,5
4 39,3
5 39,9
PROMEDIO 39,0
DESVIACIÓN ESTANDAR 1,0
42
De acuerdo a los valores de medición de dureza mostrados en las tablas 4, 5 y 6.
El material más duro es el acero austenítico al manganeso, el hierro alto cromo es
el más blando, como se puede observar en la tabla 5 registró valores en la escala
Rockwell B que está por debajo de la escala Rockwell C, en la que se ubicaron los
otros dos materiales.
El acero antidesgaste Maxdur 450 registró valores de dureza de alrededor de
39HRC, se puede decir que es un material duro pero no tanto como el acero
hadfield.
43
7.4 MICRODUREZA
Tabla 7. Medición microdureza Acero austenítico al manganeso.
Tabla 8. Medición microdureza Hierro alto cromo.
Tabla 9. Medición microdureza Acero antidesgaste Maxdur 450.
VALORES DE MEDICIÓN DE MICRODUREZA
Acero Antidesgaste Maxdur 450
MEDICIÓN DUREZA (HV)
1 623
2 630
3 526
4 591
5 540
PROMEDIO 582 (54hrc)
DESVIACIÓN ESTANDAR 47,3
VALORES DE MEDICION DE MICRODUREZA Acero Austenítico al Manganeso
MEDICIÓN DUREZA (HV)
1 826
2 775
3 875
4 877
5 932
PROMEDIO 857 (66hrc)
DESVIACIÓN ESTANDAR 59,2
VALORES DE MEDICIÓN DE MICRODUREZA Hierro Alto Cromo
MEDICIÓN DUREZA (HV) grano
blanco DUREZA (HV) grano
oscuro
1 285 314
2 319 343
3 340 300
4 245 303
5 273 299
PROMEDIO 292 (22hrc) 312 (31hrc)
DESVIACIÓN ESTANDAR 37,6 18,4
44
Los valores de medición de microdureza en las tablas 7,8 y 9, confirman el
comportamiento de estos materiales mostrado anteriormente en las pruebas de
dureza. Se puede observar que el material acero austenítico al manganeso registra
los valores más altos de las tablas, y aunque el hierro alto cromo es más duro en el
grano oscuro de su microestructura, no pasa de ser el material más blando de este
estudio.
45
7.5 DESGASTE EROSIVO
A continuación se muestran los resultados obtenidos de las pruebas de desgaste
erosivo teniendo en cuenta las siguientes consideraciones para todos los ensayos:
Distancia de la boquilla = 10mm
Velocidad de impacto = 30m/s
Tamaño de la partícula = 200µm
Angulo = 90°
Tasa de flujo de erosivo = 3,27g/min
Tabla 10. Valor medio de erosión. Acero Austenítico al manganeso.
Tabla 11. Valor medio de erosión. Hierro Alto Cromo.
MATERIAL No.
PROBETA DURACIÓN
[min] MASA
INICIAL [g] MASA
FINAL [g]
VALOR MEDIO DE EROSIÓN [mm^3/g]
ACERO AUSTENÍTICO AL
MANGANESO
1
2 169,7815 169,7814 0,001576050
4 169,7814 169,7811 0,002364076
10 169,7811 169,7807 0,001260843
16 169,7807 169,7799 0,001576057
2 10 166,2576 166,2570 0,001931346
3 10 168,2631 168,2626 0,001590272
4 10 172,1765 172,1759 0,001864952
5 10 157,3245 157,3241 0,001360674
MATERIAL No.
PROBETA DURACIÓN
[min] MASA
INICIAL [g] MASA
FINAL [g]
VALOR MEDIO DE EROSIÓN [mm^3/g]
HIERRO ALTO CROMO
1
2 147,8515 147,8511 0,007239266
4 147,8511 147,8502 0,008144197
10 147,8502 147,8483 0,006877364
16 147,8483 147,8451 0,007239423
2 10 160,3814 160,3794 0,006673694
3 10 154,8975 154,8955 0,006909966
4 10 165,2591 165,2570 0,006800553
5 10 147,3523 147,3504 0,006900602
46
Tabla 12. Valor medio de erosión. Acero Antidesgaste Maxdur 450.
Gráfica 1. Pérdida de masa Vs. Tiempo.
En la gráfica 1 se puede observar como varia la perdida de masa en los ensayos de
desgaste erosivo con respecto al tiempo, para los tres materiales de estudio.
De acuerdo a esta imagen y a los resultados obtenidos se presento menor pérdida
de masa en el acero hadfield comparandolo con los otros dos materiales.
0
0,0005
0,001
0,0015
0,002
0,0025
0,003
0,0035
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18
PÉR
DID
A D
E M
ASA
[g]
TIEMPO [ min]
ACERO HADFIELD HIERRO ALTO CROMO MAXDUR 450
MATERIAL No.
PROBETA DURACIÓN
[min] MASA
INICIAL [g] MASA
FINAL [g]
VALOR MEDIO DE EROSIÓN [mm^3/g]
ACERO ANTIDESGASTE MAXDUR 450
1
2 156,8927 156,8924 0,004824193
4 156,8924 156,8917 0,005628236
10 156,8917 156,8903 0,004502609
16 156,8903 156,8879 0,004824267
2 10 159,6778 159,6764 0,004424047
3 10 159,1502 159,1486 0,005072815
4 10 157,8288 157,8273 0,004795581
5 10 156,5341 156,5327 0,004512895
47
Gráfica 2. Valor medio de erosión Vs. Tiempo.
En la gráfica 2 se encuentra ilustrada la variación del valor medio de erosión con
respecto al tiempo, de acuerdo a los datos obtenidos el material que presento mayor
erosión fue el hierro alto cromo y el que tuvo el menor valor de erosión fue el acero
austenítico al manganeso.
7.6 ANALISIS DE SUPERFICIES DE DESGASTE
Figura 35. Micrografía a 1000x. Acero Hadfield. Fuente: El Autor.
En la figura 35 se puede observar cómo se deforma el material plásticamente
producto de la erosión causada por la alúmina impactada sobre el material.
0
0,001
0,002
0,003
0,004
0,005
0,006
0,007
0,008
0,009
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18VA
LOR
MED
IO D
E ER
OSI
ÓN
[m
m³/
g]
TIEMPO [ min ]
ACERO HADFIELD HIERRO ALTO CROMO MAXDUR 450
48
Figura 36. Micrografía a 3200x. Acero Hadfield. Fuente: El Autor.
En la figura 36 se evidencia la plasticidad del material, se observan surcos y
microcortes en la superficie del material erosionado.
Figura 37. Micrografía a 1000x. Hierro alto cromo. Fuente: El Autor.
Figura 38. Micrografía a 3200x. Hierro Alto cromo. Fuente: El Autor.
En las figuras 37 y 38 se puede observar el desprendimiento del material,
deformación plástica y algunas cavidades que se generaron por la erosión.
49
Figura 39. Micrografía a 1000x. Maxdur 450. Fuente: El Autor.
Figura 40. Micrografía a 3200x. Maxdur 450. Fuente: El Autor.
En las figuras 39 y 40 se muestra el acero antidesgaste Maxdur 450 erosionado, se
evidencia desprendimiento del material, además, deformación plástica del mismo.
50
8. CONCLUSIONES
Comparando los valores de medición de dureza y los resultados de los ensayos
de desgaste erosivo, se puede concluir que la dureza del material y la
microdureza está directamente relacionada con la resistencia al desgaste
erosivo, ya que, para los materiales utilizados en esta investigación se demostró
ese comportamiento.
El material más recomendable y que presentó mejor resistencia al desgaste
erosivo, así como elevada dureza y una buena ductilidad, es el acero austenítico
al manganeso. Por estos motivos se sugiere usarlo cuando se requiera alta
resistencia a la erosión.
El tamaño de la partícula erosiva, la forma, la dureza, la distancia de la boquilla y
la velocidad con la que impacta en el espécimen, son factores que influyen en los
resultados de las pruebas de erosión. Por lo tanto la dureza del material no es el
único factor determinante para estos ensayos.
Por medio de los métodos de caracterización metalográfica y microscopía
electrónica de barrido se determinaron específicamente los microconstituyentes
de cada material, y comparándolos con la composición química y algunos
diagramas de fases, se pudo comprender el comportamiento cuando se someten
a erosión.
El análisis de las superficies de desgaste por medio de microscopia electrónica
de barrido (SEM) permitió observar que los tres materiales son dúctiles a pesar
de su elevada dureza, esto se consideró a partir del desprendimiento de material,
y los surcos que se evidenciaron en las micrografías.
El hierro alto cromo utilizado para este estudio, no alcanzo a formar carburos del
tipo M7C3, únicamente se encontró austenita solidificada, como se evidencia en
la sección de caracterización microestructural; debido a esto no registro altos
valores de dureza, así como una mejor resistencia al desgaste erosivo.
De acuerdo a los resultados obtenidos la clasificación de los materiales según su
resistencia al desgaste erosivo es: 1) Acero austenítico al manganeso, 2) Acero
antidesgaste Maxdur 450, 3) Hierro alto cromo.
51
9. BIBLIOGRAFÍA
[1] A. García, Á. Varela, J.L. Mier, C. Camba y F. Barbadillo. Estudio tribológico de aceros austeníticos tipo Hadfield: influencia del manganeso en su respuesta frente al desgaste. Revista de metalurgia, Madrid, vol. 46 número extraordinario, 47-52, 2010. [2] J.GUTIERREZ. Evaluación de la resistencia al desgaste abrasivo en recubrimientos duros para aplicaciones en la industria minera. Scientia et technica año x, no 25, agosto 2004. [3] Kishore, P. Sampathkumaran, Seetharamu. Erosion and abrasion characteristics
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Institute of Science.
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San Nicolás de los Garza, 2004. 35 p. Tesis (Maestro de ciencias de la ingeniería
mecánica con especialidad en materiales). Universidad Autónoma Nuevo León.
División de estudios de post-grado.
[6] VALDEZ Alberto C. Estudio experimental del fenómeno de erosión seca empleando partículas abrasivas de sílica sobre aceros herramentales, 2010. 154 p. Tesis (Maestro en ciencias con especialidad en ingeniería mecánica). Instituto Politécnico Nacional. Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica. Sección de estudios de postgrado e investigación. [7] GOMÉZ Ronald M. Estudio del comportamiento a desgaste erosivo de recubrimientos wc-co micro y nano estructurados. Valencia, 2009, 124 p. Tesis (fin de máster). Universidad Politécnica de Valencia. Departamento de ingeniería mecánica y de materiales. [8] RODRIGUEZ Julián. Desgaste erosivo en cajas de corazones usadas en la industria automotriz. San Nicolás de los Garza, 2014. 201p. Tesis (Doctor en ingeniería en materiales). Universidad Autónoma de Nuevo León. División de estudios de post-grado. [9] MIKELL P. GROOVE. Fundamentos de manufactura moderna. Mexico D.F. Editorial McGraw-Hill. Tercera Edición. 2007. [10] O. Florez, R. Castaño, O. Higuera. Comportamiento microestructural de una fundición blanca al alto cromo sometida a ciclos de tratamiento térmico. Scientia et Technica Año XVI, No 45, Agosto de 2010. Universidad Tecnológica de Pereira.
52
[11] C. Marin Villar, Aceros especiales antiabrasión, Una Batalla contra el desgaste. Revista Metal Actual. Edición 13. Agosto – Octubre 2009. [12] O. Higuera, C. Moreno, B. Suarez, Evolución microestructural del acero austenítico al manganeso sometido a tratamiento térmico de temple y revenido. Revista ingenierías Universidad de Medellín. Vol 9. No. 17. Julio-Diciembre de 2010. Medellín, Colombia. [13] Iván Morales, Evaluación y caracterización de la respuesta a desgaste de dos aleaciones de hierro fundido blanco, Universidad de los Andes, Departamento de Ingeniería Mecánica, 2007, Bogotá, Colombia.
53
ANEXOS
1. Norma para evaluación de desgaste erosivo por impacto de partículas sólidas
ASTM G76-02.
