Ciencias - Lecture notes 2erfwdwdwdd PDF

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Universidad Nacional de Ingeniería

Facultad Tecnología de la Industria. Teoría de máquinas y mecanismos. Elaborado por:

 Juan José Mercado Alonso 2018-1295U Docente:

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Ing. Eddy Blandón.

7.2.3 Metales Antifricción. Las aleaciones de metales antifricción son de dos tipos: aleaciones a base de estaño y aleaciones base plomo y que además contienen, antimonio, cobre, plomo y estaño en menor proporción al

metal base, de conformidad con su metal básico, reducen la resistencia mecánica a la fricción. Los metales más comúnmente se usan en las aleaciones antifricción son: el estaño, plomo, cobre y antimonio. El segundo tipo, tiene base Plomo y también posee más del 50% de este material. Este tiene poca adherencia sobre la base de hierro y tiene menor dureza en temperatura ambiente, pero conforme se eleva su temperatura el descenso de sus propiedades físicas no es tan acentuado como el que tiene base estaño. El principio básico de las chumaceras o cojinetes recubiertos con el metal babbitt es la existencia de dos superficies metálicas de diferente dureza sujetas a un movimiento deslizante bajo condiciones de carga y velocidad. Un ejemplo de tales superficies seria la flecha del rotor de una turbina girando en un soporte: dichas superficies están separadas por una película de lubricante adicionado, la cual hace "flotar" al elemento de carga evitando así el contacto metal con metal, el cual es responsable del desgaste. Sin embargo, en la operación normal de una chumacera o cojinete ocurre el rompimiento de la película lubricante debido a razones varias: des alineamiento, partículas extrañas, arranques y paradas en las cuales la velocidad inicial y final no es suficiente para conservar la presión hidrodinámica necesaria. Cuando cualquiera de las causas mencionadas da como resultado la fricción entre metal y metal, la superficie menos dura tiende a desgastarse protegiendo así la vida del elemento mecánico más importante. Las aleaciones antifricción están formadas por un constituyente de gramos duros que esta englobado en la masa plástica formada por el otro constituyente. El constituyente duro resiste el desgaste con un coeficiente de rozamiento reducido y el coeficiente blando permite el ajuste automático del cojinete al eje y asegura un reparto equitativo de las cargas. El constituyente duro resiste el desgaste con un coeficiente de rozamiento reducido y el coeficiente blando permite el ajuste automático del cojinete al eje y asegura un reparto equitativo de las cargas. Las propiedades que deben reunir una buena aleación anti fricción son las siguientes: Plasticidad, para que se deforme con facilidad adaptándose a los defectos de alineación del eje y para resistir además sin rompérselos choques que le transmite este • Resistencia al desgaste

• Resistencia a la compresión • Resistencia a la corrosión para que no pierda calidad, si es atacado por los agentes corrosivos de los lubricantes o productos de combustión incorporados a ellos • Conductividad calorífica, para que disipe el calor producido en el rozamiento. • Adherencia con el metal base • Bajo coeficiente de rozamiento • Bajo punto de fusión

Componentes de los metales antifricción. Los metales antifricción están compuestos por 3 componentes:

Metal base. Puede ser de estaño o plomo, aunque generalmente es de estaño debido a que puede disolver otros metales y adherirse bajo ciertas condiciones al cojinete. Sin embargo, este metal se lo reemplaza por el plomo cuando se desea que el metal base sea menos frágil y resistente al impacto. Este cambio se presenta en ejes que giran a baja velocidad y menor temperatura de trabajo. [6]

Cristales de soporte. Son cristales filiformes que tejen una especie de red que sostiene a los cristales cúbicos. Para que exista la cantidad apropiada de cristales filiformes y cúbicos debe existir un enfriamiento rápido del recubrimiento en función al espesor y tamaño del cojinete.

Cristales antifricción. Se forman según el metal base y la afinidad que presenten, entre ellas tenemos: estaño-antimonio, estaño-cobre-antimonio y plomo-antimonio. De acuerdo a su composición se pueden clasificar de la siguiente manera:

Aleaciones antifricción amarillas o rojas para cojinetes. Contienen casi siempre 80% y hasta 90% de cobre y además hasta 10–20% de estaño y a menudo zinc hasta un 5%. Estos materiales deben clasificarse entre los bronces como se desprende de su composición, su textura está formada por cristales duros y uniformes. Estas aleaciones poseen gran capacidad para soportar altos esfuerzos a compresión.

Aleaciones antifricción blancas. Se distinguen esencialmente de las anteriores en que su textura está formada por una masa fundamental blanda, en el cual se encuentran incrustados cristales duros. Los ejes no necesitan estar ajustados con tanta exactitud como los cojinetes de aleación amarilla, pues la masa fundamental blanda se desgasta con la marcha de modo que los cristales duros dispuestos por grupos son los que al fin y al cabo sostienen al eje. Si la presión del cojinete es mayor, los cristales duros se aplastan y la superficie de apoyo se aumenta, con lo que la presión unitaria se hace menor. Además de su bajo punto de fusión tiene la ventaja de que en caso de calentarse el cojinete no hay desgaste, sino que el metal se funde.

Aleaciones antifricción a base de Plomo y Estaño. Metal BABBIT es un término genérico para designar aleaciones suaves con base de estaño y plomo, que se funden como superficies de cojinete o apoyo en tapas o respaldos de acero, bronce o hierro fundido. Los Babbit tienen excelente capacidad embebedora (o sea de encerrar o enclavar dentro de sí las partículas extrañas) y conformabilidad (capacidad para deformación plástica y compensar las irregularidades en el cojinete).

Aleaciones antifricción a base de aluminio. Se utilizan para soportar cargas muy pesadas, pero no han sustituido al Babbit en equipo que trabaja con carga constante unidireccional. Los dos primeros tipos de aleación (Estaño, Níquel) pueden usarse como cojinetes fundidos integrales (chumaceras) o con respaldo de acero, el tercer tipo (Cobre) se usa con respaldo de acero como soporte.

Aleaciones antifricción a base de zinc. Han sido muy empleadas como aleaciones para cojinetes, en particular como metales substitutivos durante la guerra; en general son aleaciones duras, es decir, más bien parecidas a las amarillas, pero en calidad son inferiores a estas.

Aleaciones antifricción a base de cadmio. Son de Cadmio - Níquel (con contenido de alrededor de 1.5% de níquel y de 0.4 a 0.75% de cobre) y de cadmio - plata (con contenido de 0.5 a 2% de plata). Estas aleaciones no tienen tanta conformabilidad como las aleaciones de metal blanco y son más duras que el Babbit. Aunque poseen mayor resistencia a la fatiga (en particular a temperaturas elevadas), que el Babbit, son más susceptibles a la corrosión en lubricante ácidos.

Aleaciones antifricción a base de plata. Los cojinetes con plata han tenido mucho éxito en aplicaciones de trabajo pesado en motores grandes de avión y diesel. Para motores de pistones, los cojinetes con plata normalmente consisten en plata electrodepositiva sobre un respaldo de acero y con un recubrimiento de plomo de 0.001 a 0.005%. Se utiliza una capa muy delgada de indio encima del recubrimiento del plomo, para aumentar la resistencia a la corrosión del material.

Aleaciones antifricción a base de cobre. Tienen una amplia gama de propiedades y se presentan para muchas aplicaciones. Si se utilizan por sí solas o en combinación con el acero, Babbit o grafito, los bronces y los cobre - plomos se funden sobre tiras de acero para respaldo en capas muy delgadas (0.5 mm) para constituir la superficie del cojinete.

7.3 Corrosión en los Metales. La corrosión se define como el deterioro de un material a consecuencia de un ataque electroquímico por su entorno. De manera más general, puede entenderse como la tendencia general que tienen los materiales a buscar su forma de mayor estabilidad o de menor energía interna. En un sentido estricto, la palabra corrosión significa “desgaste paulatino de los cuerpos metálicos por acción de agentes externos, persista o no su forma”. Siempre que la corrosión esté originada por una reacción electroquímica (oxidación), la velocidad a la que tiene lugar dependerá en alguna medida de la temperatura, de la salinidad del fluido en contacto con el metal y de las propiedades de los metales en cuestión. Otros materiales no metálicos también sufren corrosión mediante otros mecanismos. El proceso de corrosión es natural y espontáneo.

En palabras más simples, podemos decir que la corrosión en los metales es un proceso químico en el que el mineral se transforma en óxido. Es la respuesta a un ataque constante de sales, agentes atmosféricos, gases y/o sustancias naturales orgánicas. Aunque muchos metales sufren corrosión, la del hierro es la más importante, recurrente y grave. La manera de corrosión de los metales es un fenómeno natural que ocurre debido a la inestabilidad termodinámica de la mayoría de los metales. En efecto, salvo raras excepciones (el oro, el hierro de origen meteorítico), los metales están presentes en la Tierra en forma de óxidos, en los minerales (como la bauxita si es aluminio o la hematita si es hierro). Desde la prehistoria, toda la metalurgia ha consistido en reducir los óxidos en bajos hornos, luego en altos hornos, para fabricar el metal. La corrosión, de hecho, es el regreso del metal a su estado natural, el óxido. La corrosión de metales se subdivide en química y electroquímica; La primera se entiende como la destrucción del metal por gases o líquidos; es cuando se forma una película de óxidos. La segunda corresponde a los procesos que se desarrollan por electrolitos sobre el metal (y que se encuentran en las sales, las soluciones ácidas y el aire húmedo). Es decir, se trata de una reacción oxidación-reducción, que es cuando el metal se destruye o se disuelve. La destrucción comienza desde la superficie y se propaga paulatinamente hasta el interior. El contacto del material metálico con el oxígeno y con la humedad produce un fenómeno electroquímico complejo. La presencia de agua en el ambiente provoca corrosión, mientras que la reacción de los metales con el aire es la causa de la oxidación. En los materiales metálicos la corrosión más común es la que se genera por una reacción química por la que se transfieren electrones de un material a otro. Podemos decir que la oxidación es el ataque del oxígeno (en forma de aire o agua) y la corrosión es el deterioro que provoca. Los factores que más influyen en el desencadenamiento de un proceso de corrosión son los siguientes: La acidez de la solución: las más ácidas son las más corrosivas, por encima de las neutras y las alcalinas, puesto que permiten una mayor reacción. Las sales disueltas: la presencia de sales ácidas acelera el proceso de corrosión. Por su parte, las alcalinas pueden inhibir el proceso.

Las capas protectoras: su existencia puede limitar la aparición de la corrosión, ya sean recubrimientos aplicados sobre el material o capas fruto de la pasivación. La concentración de oxígeno: según el material, la cantidad de oxígeno presente puede afectar al proceso corrosivo. En los metales férricos, a mayor cantidad de oxígeno, más rápida es la corrosión. Sin embargo, en los materiales pasivados sirve para potenciar la capa protectora. La temperatura: la velocidad del deterioro suele aumentar a mayor temperatura, siendo el factor que más influye en la corrosión por oxidación. El deterioro que provoca la corrosión en los metales tiene un importante coste tanto en edificios como en embarcaciones, puentes o automóviles. En ocasiones, los daños son irreparables, implicando la sustitución de piezas o maquinarias completas como única alternativa. Además, cuando una máquina ve comprometida su actividad por la acción de la corrosión o del óxido, al coste de la reparación hay que añadir la pérdida de productividad. Por todas estas razones, en los sistemas de almacenaje y distribución está contemplada esta problemática, para que así los materiales se entreguen siempre en condiciones óptimas. En la industria, los desperfectos pueden suponer simples daños estéticos, que acaban desembocando en fallos precoces y en la reducción de la vida útil de la maquinaria. Hay que tener en cuenta que la corrosión es capaz de consumir poco a poco piezas de gran tamaño, debilitando con el tiempo la máquina, hasta producir fallos mecánicos. En algunos casos pueden ser también un problema añadido de seguridad para las personas que las manejan, además de suponer una posible contaminación de los productos que se elaboren con la maquinaria dañada y del ambiente. Por esta razón es vital el correcto mantenimiento de la maquinaria industrial, para prevenir los daños a futuro, y su sustitución en cuanto sea necesario. El uso del latón, un metal con una gran resistencia a la corrosión, permite evitar este tipo de problemas. Así, es muy empleado en válvulas, engranajes, hélices y otras piezas de barcos. Existen múltiples formas de proteger los materiales metálicos de la corrosión, algo sin duda imprescindible en la actividad industrial. Así mismo se pueden emplear aceros de alta resistencia e inoxidables, que están muy presentes en la construcción porque permanecen inalterables frente a la acción de la humedad y otros procesos degradantes. Bibliografía.

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