Introducción Al Análisis de Fallas en Componentes Ferrosos

8/12/2019 Introducción Al Análisis de Fallas en Componentes Ferrosos

http://slidepdf.com/reader/full/introduccion-al-analisis-de-fallas-en-componentes-ferrosos 1/14

Introducción al análisis de fallasde los componentes ferrosos delmotor.



6/6/2014 Cummins Confidential2

Introducción.

Cuando hacemos este análisis, debemos

tomar en cuenta la dirección ydistribución de los esfuerzos aplicados yque además podemos haber sidoafectados por esfuerzos residuales.

La clave para entender el origen de lafalla está en entender a qué esfuerzos se

sometió y cómo reaccionó el materialante estos esfuerzos.

Hay que tomar en cuenta también elpatrón de distribución de los esfuerzos.El material es, normalmente másresistente, cuando los esfuerzos se

aplican uniformemente, pero esto en larealidad es difícil de encontrar.

La falla se presentará cuando el esfuerzoaplicado en la parte o sección de lamisma exceda la resistencia del material.




Tipos de esfuerzos Los esfuerzos a que se puede someter

un material son: tensión, compresión,flexión, cortante y torsión.

Tensión y compresión ya los explicamosanteriormente. Una pieza que estésometida a estos esfuerzos tendrá estosuniformemente distribuidos a lo largo detoda su sección transversal si esta es

uniforme. Ejemplos de tensión son lostornillos que se utilizan entre la cabezay el block. Y la compresión puede serlas varillas de empuje de los seguidoresde levas (buzos).

El esfuerzo cortante es un esfuerzo

compuesto, cuando sometemos a unapieza a una acción “deslizante” de doscomponentes en contra delcomponente. El perno del seguidor delevas está sujeto a esfuerzo cortante.




La torsión se lleva a cabo cuando

un elemento se somete a unmovimiento rotativo y existe unaresistencia para hacer estemovimiento. Comúnmente,

diríamos que“torcemos”

la pieza. Esta pieza estará sometida a dos

torques en sus extremos ensentido opuesto. La distribuciónde los esfuerzos no es uniforme,se tiene mayor esfuerzo en lasuperficie y prácticamente cero enel centro.

Torsión




En la flexión, se aplican momentos enambos extremos, lo cual ocasionaráque se tengan, en la parte cóncavacompresión y en la convexa, tensión.Es por esto que se considera que la

pieza se encuentra a un tipo de cargacombinada. Lo más común esencontrar que las piezas seencuentran a esta y a a diferentesformas de combinaciones deesfuerzos. En la flexión se distribuye

el esfuerzo desde un máximo decompresión en la superficie cóncavade la flecha a cero en el centro de lamisma y lo mismo se presenta peroen sentido opuesto para el lado detensión.

Flexión.




Concentración de esfuerzos. Es cuando una irregularidad interna o externa

en la parte genera un área donde se aplicanesfuerzos que se concentran en un área

determinada en estudio. Puede ser unahendidura, rosca, ranura, un agujero o cambioabrupto en la sección transversal de la pieza,que en ocasiones puede formar parte deldiseño mismo de la pieza, pero también puedeser el resultado de un mal manejo, delmaquinado, picaduras por corrosión o

desgaste. Las inclusiones y los defectos por laforja, como huecos, crean áreas conconcentraciones internas de esfuerzos, que nose toman en cuenta en el diseño de la misma.También las cargas como torsión y flexiónprovocan una distribución irregular de la cargaque ocasionará una distribución de esfuerzosirregular.

La severidad de la concentración de esfuerzodepende de lo agudo de la misma. Una seriede hendiduras de un tamaño específico, comolas roscas, generan menos peligro que unahendidura simple del mismo tamaño en algunaotra posición.


http://slidepdf.com/reader/full/introduccion-al-analisis-de-fallas-en-componentes-ferrosos 7/146/6/2014 Cummins Confidential7

Concentración de esfuerzos.

También, dependiendo de la dirección

de los esfuerzos principales y lalocalización de una hendidura puedeser un factor importante paradeterminar el efecto que se tendrá.

Las concentraciones internas de

esfuerzos, tales como barrenospasantes o las inclusiones tienen elmismo impacto en la distribución delesfuerzo en base a la posición quetienen en la pieza.

Por lo general, un material más duro,será más afectado por laconcentración de esfuerzos que unmaterial dúctil.



Esfuerzo residual. Es el esfuerzo retenido en un componente

metálico después de que ha sido

manufacturado o alterado. Se presentanindependientemente si hay carga interna oexternamente en el componente. Normalmente,se encuentran en un sistema balanceado decargas.

Existen de dos tipos: de tensión y decompresión.

En ocasiones, estos esfuerzos residuales sondeseables o benéficos para el diseño de lapieza. Algunos procesos de manufactura tienenel solo propósito de crear estos esfuerzosresiduales. Por esta razón, durante el serviciodebe tenerse cuidado de preservar el sistemade esfuerzos diseñado para el componente ode no provocar nuevos sistemas de esfuerzos.

También, en otras ocasiones, estos sepresentan siendo no deseables o perjudicialespara la pieza, que se liberarán a través delproceso de revenido.



Esfuerzo residual.

Si nosotros probamos un

mismo material a tensión y a

compresión, nos daremos

cuenta que la curva esfuerzo-

deformación observa unpatrón similar tanto en tensión

como en compresión y que

esta está afectada, como

mencionamos anteriormente,

por la temperatura.



Procesos que pueden inducir esfuerzosresiduales. Térmico: Se necesita restringir la

deformación tanto en el proceso decalentamiento como el deenfriamiento para crearlo. Si elesfuerzo presentado en la restricciónes mayor al límite de cedencia,puede provocarse una deformación

permanente en el material y sisobrepasa el esfuerzo último, sepuede presentar una fisura, ya seapor la acción de esta fisura o por lacombinación de este con algún otroesfuerzo externo a la pieza. La

soldadura es un ejemplo de procesoque crea esfuerzos residuales através del método que consiste encalentar y restringir (limitar)



Procesos que pueden inducir esfuerzosresiduales.

Mecánico: Este se presenta siempre que serealiza un proceso de maquinado, debido aque este tipos de procesos se realizan pordesprendimiento o moldeo de material através de materiales más duros que elmaterial formado. La cedencia a tensiónsujeta a una carga ocasionará esfuerzosresiduales a compresión cuando se libere la

carga. En áreas críticas, tales como filetes,barrenos, roscas u otras áreas donde,durante la operación del motor se concentrala carga, se puede provocar el esfuerzoresidual para mejorar su rendimiento en elservicio.

Existe un proceso para crear esfuerzosresiduales superficiales a través de una“lluvia” de perdigones que se denominachorro de perdigones o peletizado. Lamayoría de las bielas son sometidas alproceso de chorro de perdigones para crearuna barrera de esfuerzo residual acompresión en su superficie.

P d i d i f




Existe otro proceso que se denominabalinizado, que consiste en hacerpasar un balín de mayor diámetro porun barreno, temporalmente. Con estose crea un esfuerzo residual en elbarreno. Esto se realiza en barrenos

críticos tales como los barrenos deaceite de los cigüeñales.

El laminado o rolado superficial utilizarodillos de acero endurecidos forzadoscontra las flechas que están girando

para reforzar las superficies cilíndricasy la de los filetes en los cigüeñales.

También en el apriete de tornillo contuerca, se considera que existe unesfuerzo residual de tipo mecánico.



Procesos que pueden inducir esfuerzosresiduales. Metalúrgico: Se basa en la reacción física

del metal cuando es calentado y enfriado.Dependiendo de la velocidad con la quese calienta o enfría el material, ya sea,rápida o lentamente, se obtendrán losresultados deseados a través de la

creación de esfuerzos internos residuales.Ejemplos de esto son el templado (ya seasuperficial o profundo), el recocido y elrevenido. Cuando se realizan este tipo deprocesos, sobre todo el de endurecido,debe tenerse en cuenta que en el área de

transición entre el área endurecida y la noendurecida puede ser un lugar potencialpara que se presente una fisura. Estopuede ocurrir, por ejemplo en el cigüeñal.




Químicos: Los procesos de grabadoy otros procesos químicos puedeneliminar o desprender el metal de lasuperficie y deformar las capassubyacentes del metal principal ogenerar posibles fisuras. No son

muy comunes en los componentesde un motor.

Todos los procesos de acabado yrecuperación deben tomar encuenta los procesos que crean los

esfuerzos residuales, si no quierenromper la estructura de esfuerzosdiseñada, y con esto poder provocaruna forma potencial de falla.

Introducción Al Análisis de Fallas en Componentes Ferrosos

Documents

Transcript of Introducción Al Análisis de Fallas en Componentes Ferrosos