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Existen diversos tipos de falla superficial que difieren unos de otros, ya sea por su mecanismo de acción y por su apariencia. La indentación o cedencia causada por presión excesiva, puede constituir un tipo de falla en algunos componentes de máquina. Las esferas de los cojinetes de bolas, aunque no estén rodando, transmiten una carga sobre la pista; las vibraciones generadas por el sistema; las fuerzas de inercia que se agregan al peso muerto y a la carga estática, son factores que contribuyen al inicio de la falla. El término de falla superficial, se utiliza para describir una pérdida progresiva en su calidad, resultado de cortes y desgarres de partículas. Pueden observarse como una muesca plana, similar a las que se ven en las ruedas de un ferrocarril. Aun más, los deterioros peden distribuirse por encima de la misma, ya que se encuentra sometida a la combinación de acciones deslizantes y rodantes, como sucede en los dientes de un engrane. Suele ocurrir en presencia de aceite o grasa, donde la película de lubricante no se forma adecuadamente, para separar completamente la zona de contacto. En áreas que carecen de lubricante, aparecen como el desprendimiento de hojuelas de óxidos; si las cargas o presiones son moderadas, los daños no se notan hasta que las partículas sean desprendidas. Las marcas desaparecen con un adecuado rectificado y/o pulido mecánico. La generación de grandes cantidades de partículas desprendidas, son el resultado de una deficiente alineación y de la flexión anticipada de una zona de contacto. Esto se observa en los dientes de engranes que se montan en árboles no muy rígidos; particularmente, cuando el engrane está en voladizo.

Existen otros factores que aceleran el deterioro de los contactos mecánicos. Entre ellos se encuentran: la inadecuada selección del sistema de lubricación o un lubricante en especifico, así como la falta de protección contra polvos y suciedad.

Otro tipo de falla superficial, que es típica de los contactos concentrados, consiste en grietas que progresan por debajo de la zona de interacción, lo que termina en el desprendimiento de partículas. Los agujeros que resultan de este proceso se les conoce como poros o escamas. La picadura, ocurre en superficies convexas que interactúan entre sí, como puede ser en los dientes de engranes o en un sistema de leva y seguidor. Es un hecho bien establecido que el

esfuerzo máximo de corte ocurre por debajo de las superficies que están en contacto. Por ello, la propagación de una grieta genera un poro. En experimentos realizados en elementos de prueba rodantes, que se encuentran al descubierto, se mostró que las grietas empiezan por lo general en la superficie, y sólo se propagan en la presencia de un lubricante líquido. Este, posee la característica de ser un buen penetrante, que llena cualquier fisura y actúa como una cuña hidráulica. Aceite Aceite 11 22 c) (c) ( d) (d) ( b) (b) ( a) (a) (

Fig. 2.3 Generación de un poro por la acción de un lubricante a presión.

En la figura 2.3a, se observa una fisura que se encuentra llena de aceite; cuando se acerca a la zona de carga, su borde superior se sella quedando el lubricante atrapado sin ninguna posibilidad de escapar. Esto, provoca presiones hidráulicas muy altas dentro de la cavidad. Después de la repetición cíclica de concentración y liberación de esfuerzos a lo largo de la raíz de la fisura se da inicio a la fatiga. Entonces, una partícula se desprenderá surgiendo de esta manera el poro, con las líneas típicas del agrietamiento progresivo. El hoyo puede semejarse mucho a la huella que deja una diminuta concha de mar, que al ser presionada sobre la arena, con un extremo en forma de punta de flecha. El vértice, indica el punto de origen de la falla. Las profundidades del poro pueden variar desde unas micras, hasta 1 mm;

en tanto que sus longitudes son de dos a cuatro veces más grandes que sus profundidades. Un aceite de gran viscosidad puede reducir o eliminar las picaduras, ya que no penetra con facilidad en las fisuras, o por la formación de una película de aceite bastante espesa que previene el contacto entre asperezas.

Existe una variedad de posibles causas que dan origen a la propagación de grietas microscópicas o submicroscópicas en la superficie. La aplicación de maquinados y rectificados con piedra abrasiva disminuyen su presencia. El pulido inhibe la porosidad, probablemente, por la remoción de los filetes de las hendeduras. A lo largo de los bordes o filos de las áreas de contacto, ya sean esféricas o elípticas, se presenta una pequeña fuerza de tracción en condiciones tanto estáticas como en rodamiento puro. Las inclusiones en superficies sometidas a tracción generan concentraciones de esfuerzos y a causa de la repetición de los mismos se incrementa la posibilidad de que se formen las fisuras. Cuando una partícula se desprende de un poro, pasa a través de una zona de contacto generando una ligera indentación. Algunas veces la pérdidade material continúa alejándose rápidamente de su punto de origen situado en el vértice de la flecha, como lo muestra la figura 2.3 (c). La descamación (spalling) ocurre con más frecuencia en elementos rodantes, que en engranes. En algunas ocasiones, llegan a cubrir más de la mitad de la anchura de la pista del cojinete. A la propagación de grietas en la superficie se conoce como, puntos de falla superficial o también como fallas por inclusiones de origen. Estas, son partículas no metálicas que se forman durante la fundición, que no pueden ser eliminadas por procesos de refinación. Generalmente, aparecen durante la desoxidación de acero o por una reacción con el material refractario del recipiente. Así mismo, no se combinan con el metal, de modo que siempre existe una cavidad que genera alta concentración de esfuerzos; lo que puede dar origen a una fisura que se propaga a través de regiones por debajo de la superficie, o bien emerger a hacia el exterior. Si las fisuras se forman en el exterior, su propagación puede ocasionarse por la acción hidráulica. Se sabe bien que los cojinetes construidos de acero fundido al vacío, son más limpios y que están casi libres de óxidos y de inclusiones. Por ello, soportan cargas más pesadas, que los construidos de aceros convencionales.

Existen otros tipos de fallas, que pueden ser causadas por una mala alineación de elementos rotatorios acoplados; un eje desnivelado o una espiga cónica con defectos de maquinado que puedan desplazar gran parte de la carga hacia uno de sus extremos, ocasionando desbalanceo, vibraciones y fatiga. Por otra parte, en los procesos de maquinado se debe tener una especial atención con los parámetros de rugosidad y acabado, que permitan eliminar las microgrietas. Por último, en los sistemas de lubricación tanto el grado de viscosidad como el espesor de capa de lubricante, deben garantizar que no haya contacto entre las asperezas, o en última estancia que la penetración entre ellas sea mínima.