Tesis

Se estudió el desgaste de un sistema tribológico en condiciones en que se genera una capa mezclada mecánicamente (MML). Para esto se realizaron diversos experimentos y luego el modelado por computadora del proceso.
En los experimentos se empleó un material compuesto de matriz de AA1060 reforzado con partículas de Al2O3 de 20 μm. Los ensayos se realizaron en un equipo pin-on-ring en condiciones no lubricadas a una velocidad de 2,7 m/s. Un disco de fundición de hierro gris es usado como contraparte. Para estudiar la formación, destrucción y estabilidad de la capa MML, se realizaron diferentes experimentos ajustándose a la siguiente matriz:
1. Ensayos a diferentes cargas, desde 4,9 a 115,9 N, dentro del estado estacionario de desgaste.
2. Ensayos para determinar la evolución del desgaste en las etapas iniciales.
3. Ensayos partiendo de diferentes superficies de contacto, con y sin MML
Se determinó la tasa de desgaste mediante dos métodos diferentes: la pérdida de peso y el acortamiento de las probetas. Se compararon entre sí y se relacionaron con los efectos del desgaste en la probeta.
A fin de conocer el efecto del desgaste sobre los materiales se caracterizaron las superficies desgastadas y los cortes longitudinales de las probetas desgastadas mediante microscopía óptica y electrónica, y microanálisis dispersivo en energía, EDAX.
El modelo computacional se planteó sobre la base de que el desgaste se debe principalmente a la conjugación de deformación plástica de la subsuperficie y al ablandamiento del material debido a la alta temperatura producto de la fricción. Ambos fenómenos fueron observados en los experimentos. El modelo computacional se desacopló en dos partes, en primer lugar se calculó el campo de temperaturas generado por fricción para relacionarlo con los datos experimentales, y en segundo lugar se calcularon las deformaciones de la probeta a diferentes cargas observando la deformación plástica en la subsuperficie y a partir de ella se calcula la tasa de desgaste.
En los experimetos se detectaron dos regímenes de desgaste: uno severo y otro moderado. El factor condicionante de los regímenes es la carga aplicada, ya que una superficie de contacto inicial rugosa solamente retarda llegar al estado estacionario de desgaste.
La presencia de la capa MML gobierna las características del régimen moderado. La MML es estable y dinámicamente regenerada mientras la deformación del sustrato (material compuesto original) no es excesiva. La resistencia de la capa MML se acomoda automáticamente a la solicitación mediante el aumento del espesor y/o el aumento de dureza que lo logra a través de la formación de compuestos de Al, O y Fe, principalmente. Los resultados del modelo indican una fuerte relación entre la temperatura y la resistencia al desgaste, así al incrementarse la temperatura, se reduce el valor de la carga de transición entre los regímenes moderado y severo en forma lineal, y por lo tanto, baja la resistencia del material. Además, se observa que la tasa de desgaste medida por acortamiento está fuertemente vinculada con la generación de rebaba en la probeta, la cual es producto de la abundante deformación plástica de la subsuperficie. Por otro lado, la tasa de desgaste medida por pesada no es sensible a la generación de rebaba.