Analisis de Falla_Resumen 8 Pasos

Introduccin al Curso: Objetivos del Curso

Resumen de los Ocho Pasos

Bienvenido a los Fundamentos de Anlisis Prctico de Fallas .Este curso utiliza un proceso llamado los Ocho Pasos del AnlisisPrctico de Fallas para identificar las causas de fallas y tomar laaccin correctiva necesaria para asegurar que los problemas seansolucionados y permanezcan solucionados.Tomemos una breve visin de como se usa cada uno de los ochopasos. Los problemas usualmente se inician con una queja. Eneste caso, el motor hizo un ruido fuerte y par de funcionar. Unainspeccin revel un agujero en el bloque y piezas rotasesparcidas bajo la mquina. Cuando las piezas estn rotas,deformadas o tienen un desgaste anormal, es tiempo de usar losOcho Pasos del Anlisis Prctico de Fallas . Paso 1 - Escribir el enunciado del problema. Un enunciado delproblema identifica el rea especifica del producto que no estOK, y el indicador del problema. Paso 2 - Organizar la recoleccion de hechos dentro de unprocedimiento lgico, que lo guiar primero a reas importantes.Para la recoleccin de ciertos hechos, posiblemente ustednecesite herramientas y equipos de grabacin y programar otraspersonas profesionales para que vayan con usted. Paso 3 - Recolectar los hechos y reunir las piezas importantes,marcarlas y empacarlas. Usted debe registrar en el sitio detrabajo los factores de operacin, aplicacin y mantenimiento yobservar y registrar factores de desgaste y fractura de las piezasrelacionadas con la falla. Estas tareas son fciles si usted tiene unbuen entendimiento de metalurgia, fracturas, desgastes y tcnicasde examen visual. Estas son cubiertas en los mdulos 2 a 5 delcurso. Paso 4 - "Pensar con los Hechos." Utilice los hechos obtenidosen el Paso 3, para pensar en los eventos que los pudieron causar.Por ejemplo, este pistn est rayado arriba de los anillos y la faldase agarrot. Contacto deslizante genera calor y desgasteadhesivo. El evento que ocurri fue desgaste adhesivo. Eldesgaste adhesivo le dice a usted a donde ir a continuacin paraobtener ms informacin. Usted debe preguntar, "porqu elrayado tiene este aspecto?". Esto lo guiar a descubrir mashechos. Los eventos son puestos en el orden que ellos ocurrieron,en una lnea de tiempo. Los primeros eventos estnestrechamente relacionados a la causa raz de la falla: la condicinespecfica que inici el problema. Paso 5 - "Determine la causa raz mas probable." Estableceruna lista de posibles condiciones, que puedan explicar comoocurri el primer evento en la lnea de tiempo. Entonces esta listaes reducida al comparar cada condicin posible con los hechos.Si una condicin no puede explicar todos los hechos, es eliminadahasta que solo quede una. Cuando usted sabe cmo se inici unproblema es fcil determinar quien es responsable,. En estepunto se escribe el enunciado de una causa raz que explique lo

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Introduccin al Curso: Objetivos del Curso

que ocurri, cmo ocurri y quin es responsable. Para finalizarel Paso 5, se hace un esbozo describiendo los resultadosimportantes de los Pasos 1-5, mostrando la informacin obteniday las acciones tomadas. Este muestra como los hechos lo guiarona usted a la causa raz. Este informe es la base para efectuar losPasos 6, 7 y 8 y "Obtener la Recompensa", Paso 6 - Toma lugar la comunicacin con aquellos involucradosen la falla. El resumen del Paso 5 facilita la emisin de uninforme conciso y completo en una reunin. Paso 7 - Hacer reparaciones de acuerdo al Paso 6. Paso 8 - Hacer seguimiento para asegurar que el problema estcorregido y que todos estn satisfechos.Usted aprender a usar el proceso de los ocho pasos en el Mdulo4 - Administracin del Anlisis de Fallas. El propsito de estecurso es aumentar su habilidad para determinar la causa raz delas fallas y tomar una accin correctiva apropiada para evitar larepeticin de estas fallas . El uso de las tcnicas enseadas eneste curso, lo ayudar a alcanzar esta meta.


Fundamento De Metalurgia: Objetivos

Hierro y Acero

Al completar esta leccin, usted estar capacitado para describirlas diferencias y similitudes entre hierro fundido y acero,interpretar un cdigo numrico estndar de acero, y clasificar unapieza de acero basado en su contenido de carbn. Usted estarcapacitado para describir el contenido qumico del hierro fundidoy del acero, cmo se mide la dureza, y porqu la tenacidad yductibilidad son importantes. Usted podr identificar laspropiedades que hacen que una pieza pueda resistir elestiramiento permanente y la fractura despus de una simple orepetida aplicacin de cargas.

Refinado

Qumica

Diferencias

Clasificacin del hierro fundido

Clasificacin del acero

Dureza, Tenacidad, Ductilidad

Elasticidad, tensin y resistencia a la fatiga



Refinado

Hierro y acero -- materiales tenaces, verstiles para productosCaterpillar tenaces. El hierro es muy comn en nuestro planeta.Los cientficos nos dicen que el ncleo de la tierra es puro hierroderretido. Y ste no solo se encuentra en el centro de la tierra. Elmetal de hierro forma el 5 por ciento de la superficie de nuestroplaneta. Es de estos vastos depsitos alrededor del mundo, dedonde el metal de hierro en bruto es extrado. Este metal es unacombinacin qumica de hierro, silicio y azufre -- mezclado conalguna arcilla, arena, grava y roca.Despus que ha sido extrado, el metal de hierro es procesado enun horno de chorro de aire que mezcla el metal con caliza y unaforma de carbn llamado coke. El calor y los ingredientes brutosproducen una reaccin qumica que extrae el hierro del metal. Elhierro derretido es peridicamente vertido en moldes formandolingotes o pasado a otro horno para ser refinado en acero.Caterpillar usa hierro fundido para productos como culatas ybloques de motores.El acero es utilizado en formas muy diferentes -- desde gruesasplacas resistentes al desgaste usadas para fabricar cucharonespara cargador -- a espaciadores delgados y flexibles encontradosdentro de las transmisiones.



Qumica

Este tpico trata las semejanzas y diferencias qumicas del hierrofundido y el acero. Usted aprender acerca de los elementosimportantes encontrados en el hierro fundido y en el acero, y lasdiferencias distintivas entre estos elementos como son laestructura del grano y el contenido de carbn.

SemejanzasEl hierro fundido y el acero tienen varios ingredientes comunes,pero el principal es el hierro. El carbn es el elemento que msafecta la dureza y fortaleza. Otros elementos que afectan laspropiedades del hierro fundido y del acero son manganeso,molibdeno, cromo y boro. El fsforo, silicio, y azufre sonimpurezas frecuentemente encontradas en el hierro fundido y elacero.

Estructura del metalEl hierro fundido y el acero comparten una estructura comn,consistente de granos que se forman cuando el metal se solidificadurante el proceso de refinado. Los granos son cristales formadosal azar que forman lmites donde ellos tocan a los granoscircundantes. Cualquier impureza que sea insoluble ypermanezca despus del refinado, ser atrapada en los limites delos granos.

Estructura de las celdasLos granos del hierro fundido y del acero son compuestos detomos de hierro que se acomodan entre s en el interior de launidad de celda. Una unidad de celda se forma cuando lostomos de hierro se acomodan dentro de un cubo, con un tomoen cada esquina y uno en el centro. Esto se llama un cuerpocbico centrado o CCC. Un grano completo se forma al adicionarunidades de celdas en todas las direcciones. Una pieza puedeconsistir de unos o muchos miles de granos.



Diferencias

El contenido de carbn es la mayor diferencia qumica entre elhierro fundido y el acero. Como el hierro fundido tiene mascarbn, sus propiedades son diferentes.

Contenido de CarbnLos diferentes tipos de acero tales como acero de contenido alto,medio y bajo decarbn, se obtienen al remover el carbn delhierro fundido. Si usted retira todo el carbn el resultado eshierro puro.

Exceso de CarbnOtra diferencia entre el hierro fundido y el acero se ve claramentebajo un microscopio. Dos por ciento de carbn es el mximo queel hierro puede disolver. El acero es hierro con menos de 2% decarbn. Si hay ms caarbn presente, el exceso saldr del hierroy quedar en los limites del grano. El hierro fundido contienems del 2% de carbn, y la estructura de su grano difiere de la delacero.

Grano del hierro fundido -Escamas de grafito

El hierro fundido tiene bolsas de grafito negro entre los granospor el alto contenido de carbn. Esto es carbn graftico - lamisma sustancia de la mina de los lpices. El carbn extra da alhierro fundido caractersticas especiales como facilidad demaquinado y amortiguacin de vibraciones.

Grano del acero - Sin exceso deCarbn

El acero tiene una estructura de grano que se asemeja apiedrecitas estrechamente empacadas. Debido al bajo contenidode carbn, no hay presente escamas de grafito. Esto da al acero suexcelente ductilidad y moldeabilidad.



Clasificacin del hierro fundido

El hierro fundido est clasificado en cuatro categoras basadas enla estructura del grafito

1. Hierro Gris2. Hierro Nodular3. Hierro Maleable4. Hierro Blanco

Hierro GrisEl hierro gris contiene escamas de grafito.

Hierro NodularEl hierro nodular contiene esferas de grafito.

Hierro MaleableEl hierro maleable contiene escamas de grafito.

Hierro BlancoEl hierro blanco contiene carburo.



Clasificacin del acero

El acero contiene entre 0,025% a 2,0% de carbn. El contenidode carbn tiene un lugar en el sistema de numeracin estndar delacero. Este sistema clasifica todos los tipos de acero con uncdigo numrico. Los dos primeros dgitos son el cdigo decontenido de aleacin. El cdigo de aleacin para un acero simpleen este ejemplo es 10. Los dgitos restantes muestran porcentajesde carbn. En ste ejemplo el acero tiene aproximadamente un0,20% de contenido de carbn.

Contenido de CarbnLa cantidad de carbn en el acero determina su categora. Haytres categoras bsicas: Acero de bajo carbn, acero de mediocarbn, y acero de alto carbn. Estudie la tabla para ver comoestas categoras de acero varan en el contenido de carbn.



Dureza, Tenacidad, Ductilidad

En la ciencia de la metalurgia, la palabra "propiedades" significalas "caractersticas" del hierro fundido y del acero. Por ejemplo,dureza es una caracterstica del acero, tenacidad es otra. La formacomo el hierro fundido y el acero son tratados determinar suspropiedades.

DurezaLa dureza es una importante propiedad, porque al cambiar ladureza del acero se afectan todas las otras propiedades,especialmente la resistencia a la indentacin y al desgaste. As alincrementar la dureza de una pieza, se incrementa su fortaleza yresistencia al desgaste. La dureza, resistencia al desgaste yfortaleza son todas incrementadas cuando el metal es tratadotrmicamente.

Medicin de la durezaLa dureza en el acero es fcilmente medible. Cuanto ms difcilsea indentar el acero, mayor es su dureza. As, para medir ladureza, usted indenta el acero usando una fuerza conocida. Si lamisma fuerza de indentacin es usada entonces cuanto msprofunda sea la indentacin ms blando es el acero.

Sistema RockwellNuestra prueba simulada de dureza es muy parecida a la formadel sistema Rockwell de medicin de dureza en el acero. Laprofundidad de indentacin medida se traduce a un nmeroRockwell de dureza. Materiales blandos tienen nmerosRockwell bajos y materiales duros tienen nmeros Rockwellaltos.

Sistema BrinellAunque existen otros sistemas de clasificacin, Caterpillar usacomunmente el sistema de clasificacin Rockwell para medir ladureza del acero y el sistema de clasificacin Brinell para hierrofundido. A diferencia del sistema Rockwell, el sistema Brinell



mide el dimetro de la indentacin.

El sistema Rockwell mide una amplia gamade materiales.Generalmente la escala ms apropiada para los rangos de durezade los aceros de Caterpillar es la escala Rockwell C, abreviadaRc.

Fortaleza y resistencia al desgasteLa fortaleza y resistencia al desgaste son dos de los msimportantes subproductos de la dureza. Estas dos caractersticasson crticamente importantes para las cuchillas demotoniveladoras.

Cuchillas para motoniveladorasHechas de acero DH-2 totalmente templado, estas cuchillas sonendurecidas a un mnimo de 43 Rockwell C para asegurar altafortaleza y larga vida en condiciones de altos esfuerzos yabrasin.

FragilidadEn trminos metalrgicos, fragilidad significa que un metal serompe o quiebra fcilmente. La fragilidad ocurre cuando unapieza de metal es muy dura. A medida que incrementa la durezalo hace tambin la fragilidad. Hay una fina lnea entre obtenermxima dureza sin hacer las piezas frgiles.

TenacidadTenacidad es la capacidad que tiene el metal de absorberconsiderable energa antes de quebrarse. Generalmente una piezade metal blando es tenaz hasta cierto punto. Una pieza que esmuy blanda no se considera tenaz porque se deforma fcilmente.

DuctilidadUn metal dctil puede tolerar considerable estiramiento oretorcimiento sin romperse.

Comparando ductilidad yfragilidad

El material dctil puede alargarse considerablemente antes deromperse como lo indica el grfico izquierdo. El material frgil,muestra ausencia de ductilidad (derecha).



Elasticidad, tensin y resistencia a la fatiga

En este tpico usted aprender acerca de las propiedades delhierro fundido y el acero: Resistencia elstica, resistencia a latensin y resistencia a la fatiga.

Resistencia elsticaResistencia elstica es la capacidad de una pieza de metal desoportar una carga antes de deformarse permanentemente (msall de su "punto de retorno de resorte" o rango elstico).

Varilla de CilindroEn las mquinas Caterpillar las varillas de los cilindroshidrulicos deben soportar muchas fuerzas diversas sin doblarseo deformarse ms all de su punto de retorno de resorte. Pordefinicin esto significa que ellas deben tener gran resistenciaelstica.

Medicin de la resistencia elsticaLa resistencia elstica es medida en libras por pulgada cuadrada(lb/pulg2) o Mega Pascal (Mpa). Ciertas piezas deben podersoportar grandes cargas sin deformarse ms all del rangoelstico o lmite elstico del metal.

Resistencia a la tensinResistencia a la tensin es la capacidad de una pieza metlicapara soportar cargas antes de romperse. Como la resistenciaelstica, la resistencia a la tensin es expresada en lb/pulg2 oMpa. Esto se hace para que los ingenieros puedan determinar lascargas totales en metales de diferentes formas y dimensiones.

Tornillos CaterpillarSi un tornillo falla en una pieza crtica, puede resultar en unacostosa reparacin y tiempo muerto para el cliente. Los tornillosestndar Caterpillar estn endurecidos a 33 Rc o ms y tienen unaresistencia mnima a la tensin de 150.000 lb/pulg2.



Resistencia a la Fatiga.Resistencia a la fatiga es la capacidad de un metal para soportarrepetidas cargas cclicas sin romperse.La resistencia a la fatiga esaproximadamente la mitad de la resistencia a la tensin de unapieza. La prueba de fatiga es realizada principalmente paradeterminar el lmite de fatiga de una pieza dada.

BielasLas bielas del motor deben soportar grandes cargas decompresin y flexin cientos de veces por minuto. Comoconsecuencia, la resistencia a la fatiga es una propiedad crtica deestos componentes. Las bielas Caterpillar hechas de acero forjadoson tratadas trmicamente para conseguir una excelenteresistencia a la fatiga.

Prueba de fatigaDurante la prueba de fatiga, la pieza es sometida a un procesocclico de esfuerzo y alivio. Este ciclo se repite hasta que la piezafinalmente se rompe; luego se disminuye el esfuerzo y se repite laprueba. El valor del esfuerzo al cual la pieza ya no se rompe esllamado el limite de fatiga o resistencia a la fatiga.



Estampado y Moldeado

Al finalizar esta leccin, usted podr identificar las propiedadesdel hierro y del acero que han sido procesados por los mtodos defundicin, pulverizacin de metal, laminado, forja y extrusin.

Fundicin

Metal Pulverizado

Laminado

Forjado

Extrusin



Fundicin

Fundicin es uno de los primeros pasos en el moldeado de hierrofundido y acero para la obtencin de muchos productosCaterpillar. Fundicin significa calentamiento del metal hasta unestado lquido, vacindolo dentro de un molde y permitindoleenfriar y endurecer a la forma deseada. La fundicin puede serluego maquinada y procesada hasta obtener el producto o la piezafinal.

ProcesoEl proceso de fundicin para hacer un bloque de motor como steempieza con un modelo. El modelo del bloque del motor se usapara hacer un molde para la fundicin. Los bloques son fundidosen moldes de arena, hechos con una mezcla de arena, arcilla yagua. El molde de arena se usa ms que cualquier otro proceso enCaterpillar.El hierro es fundido en grandes hornos de induccin. Despusque el horno alcanza la temperatura apropiada, la escoria esremovida y el hierro es colocado dentro de cucharones.De all, el hierro fundido es transferido a cucharones de vaciado.El hierro es luego vaciado dentro de moldes de arena y se deja enenfriamiento. Cuando el hierro endurece, el molde es desarmado,se saca la arena y se limpia la fundicin. El bloque esta ahora listopara el maquinado final.

PropiedadesHierro fundido:

Usado ampliamente y es de bajo costo. Reduce vibracin y ruido. Es de fcil maquinado. Resistente al desgaste.

Acero fundido:



Resistente a cargas de choque. Ms fcil de soldar que los productos de hierro fundido. Ms fuerte que el hierro fundido.

Estructura del GranoEn la unidad sobre hierro y acero fundidos, usted aprendi queambos difieren en el contenido de carbn y en la estructura delgrano. El hierro fundido contiene escamas de grafito que el acerofundido no tiene. Cuando el hierro o acero fundidos se enfran enun molde, tienen una estructura interna hecha de granosacomodados desordenadamente. Estos granos son muy parecidosa la arena compactada. La estructura del grano puede sermodificada por varios mtodos de proceso y moldeado quecambian las propiedades del metal.

EjemplosCaterpillar usa una variedad de piezas fundidas, como estebloque de motor de hierro fundido y ejes de camin de acerofundido.



Metal Pulverizado

La metalurgia de metales pulverizados involucra comprimir bajopresin metal pulverizado dentro de un molde y calentarlo hastaque las partculas se fundan y lleguen a ser ms densas.

La estructura del grano del metal pulverizado es similar a la delhierro fundido, excepto que no hay grafito. Los granos tienen unadistribucin desordenada sin flujo de grano.

Al usar diferentes polvos, pueden moldearse piezas complejas decasi cualquier combinacin de agentes de aleacin. Este procesoproduce un rango nico de propiedades tales como alta resistenciade tensin o dureza.

ProcesosUna variedad de piezas Caterpillar son hechas de hierro, cobre,nquel y otros metales en polvo premezclados. El polvo esprimero medido dentro de una matriz. Luego se comprime comoun cuerpo slido por medio de toneladas de fuerza. Esta es unaprensa de 825 toneladas produciendo una brida metlica paratuberas hidrulicas. El resultado es una pieza compactada dedensidad uniforme. En esta etapa, las piezas de metal pulverizadono son muy fuertes. Como usted ve este anillo retenedor puedeser roto fcilmente con la mano.Un proceso de sinterizado es necesario para fortalecer la pieza.Las piezas son sometidas a altas temperaturas en el horno,fundiendo y densificando los polvos. El resultado es una piezafuerte, confiable y bien apropiada para su aplicacin. Despus delsinterizado, las piezas requieren muy poco maquinado, muchasveces estn inmediatamente listas para el uso.

PropiedadesLas piezas de metal pulverizado tienen una variedad depropiedades dependiendo de la mezcla de polvos. Algunas piezasde metal pulverizado tienen altas resistencias a la tensin y



soportan pesadas cargas.A menudo, piezas de metal pulverizado son usadas enaplicaciones de cargas de choque bajas requiriendo altaresistencia al desgaste.

EjemplosLas piezas pequeas de formas complejas por lo general sonproducidas por mtodos de metal pulverizado. Como ejemplotenemos componentes del sistema de inyeccin de combustible yde reguladores, engranajes y bridas.

1. Componentes del inyector de combustible2. Componentes del regulador3. Acoples hidrulicos de brida partida4. Engranajes pequeos



Laminado

El laminado es un paso clave en el proceso comercial del acero.Este tiene dos propsitos primarios:

1. Conseguir el acero en formas utilizables tales como lingotes ochapas, las cuales son luego transformadas en productosCaterpillar.

2. Cambiar las propiedades del acero.

ProcesoEl proceso de laminar el acero comienza calentando los lingotesde metal en grandes hornos llamados "fosos de ablandamiento".Cuando el metal alcanza una temperatura de 2200 a 2300 gradosse vuelve plstico o flexible en estructura.El lingote calentado se pasa de arriba a abajo entre rodillos bajopresin muy alta. Cada pasada comprime el lingote un poco mscerca de su forma final. Esta acera produce lingotes y barras.Cambiando la forma de los rodillos se cambia la forma del aceroterminado. Esta acera produce grandes chapas de acero.Caterpillar compra mucho acero en estas formas.

PropiedadesA medida que se lamina el acero de los lingotes fundidos, laestructura del grano es refinada dentro de una forma alargada ylos granos son alineados en filas. Estas filas se llaman lneas deflujo, las cuales hacen al acero laminado ms fuerte y ms duroque el acero fundido.

1. Fundicin2. Laminado

Ejemplos



Muchas piezas Caterpillar Son fabricadas de acero laminado. Lamayora de las grandes estructuras tales como bastidores, cajasde trallas y cucharones de cargadores son fabricadas de chapasde acero laminado. Eslabones de cadenas, zapatas y otras piezasforjadas son hechas de lingotes laminados.



Forjado

El forjado involucra calentamiento del metal hasta que estblando y luego es martillado para darle forma a travs del uso defuerza.

ProcesoMuchas piezas de acero forjado, comienzan como un lingote deacero laminado, comprado en esta forma de uno de nuestrosproveedores de acero. El lingote es primero cortado en longitudespredeterminadas o lingotes pequeos, los cuales son luegocalentados hasta 2200 a 2300 grados. Estos lingotes rojo cerezasalen del horno listos para la forja. Esta operacin de forjado enuna matriz cudruple esta produciendo eslabones de cadena paralos tractores D8. Los lingotes se mueven de una matriz a otradonde son golpeados con casi 3000 toneladas de presin. Cadamatriz acerca el eslabn cada vez ms a la forma final.Una vez la forja se enfra, la pieza esta lista para el maquinadofinal y el tratamiento trmico.

PropertiesCuando se compara el acero forjado con el acero fundidoylaminado se observa que el acero forjado tiene lneas de flujoque siguen el contorno de la pieza que est siendo producida.Estas lneas de flujo hacen la pieza ms fuerte en la direccin delflujo y la ayudan a resistir las fisuras a lo largo de estas lneas.

1.Fundicin2.Laminado3. Forjado

EjemplosPiezas que se utilizan en aplicaciones de alto esfuerzo se fabricanfrecuentemente de acero forjado. Un cigeal de un motor es unbuen ejemplo. Debe soportar las grandes cargas que se generan



dentro de un motor diesel. Otros ejemplos incluyen una biela y lasherramientas de corte.

1. Cigeal2. Biela3.Herramientas de corte.



Extrusin

La extrusin - como el forjado - involucra el forzar un trozo demetal dentro de una forma deseada. La extrusin ocurre conmetales fros o calientes. La extrusin de las piezas se efecta enfro a menos que sus tamaos requieran una extrusin en caliente.

ProcesoEn el proceso de extrusin en fro, un trozo de acero - o lingote -es introducido dentro de un troquel por un mecanismo llamadopisn. El metal llena la matriz y luego fluye alrededor del pisn.Se necesita una presin muy alta para deformar el acero fro, asque la extrusin en fro es generalmente limitada para piezas mspequeas tales como estos acoples de mangueras.Las piezas ms grandes son calentadas antes de la extrusin. Estoreduce la fuerza necesaria para deformar el acero. Las piezasobtenidas por este proceso tienen superficies con un pulidoexcelente y pocas veces requieren de algn maquinado adicional.

PropiedadesHay varias ventajas al usar el proceso de extrusin:

La extrusin conserva metal, ya que el metal es desplazado envez de ser cortado. Adems la extrusin minimiza operaciones demaquinado secundario.

Las piezas extruidas son duras. Recuerde, es la forma yuniformidad de las lneas de flujo lo que determina la durezarelativa de una pieza. Usted puede ver cmo la pieza extruidatiene lneas de flujo mas finas que los otros procesos que hemosdiscutido.

La extrusin produce una pieza de textura ms lisa condimensiones ms uniformes.



EjemplosLa extrusin es el mtodo preferido para la produccin demuchas piezas tubulares, tales como:

1. Bujes de cadena.2. Acoples de manguera.3. Pasadores de biela.



Proceso de templado

Despus de finalizar esta leccin usted podr escoger eltratamiento trmico correcto, el mtodo correcto de enfriado y latemperatura de templado para un material con un contenidoparticular de carbn y de aleacin. Podr determinar lacombinacin correcta de material y de tratamiento trmico paraproducir la dureza deseada en la superficie y la profundidad detemplado de una pieza terminada.

Introduccin

Calentamiento

Templado

Revenido



Introduccin

Como una cadena, cada mquina Caterpillar es tan fuertesolamente como lo sean sus componentes. Y en trabajo tanexigente como ste, no pueden existir eslabones dbiles. Quhace que estas piezas sean lo suficientemente fuertes parasoportar tal castigo?

Calor - calor extremo!. Eso es lo que se necesita para cambiarlas propiedades fsicas del hierro y del acero fundidos paraconvertirlos en piezas muy duras y resistentes. El horno es elprimer paso de una variedad de procesos de tratamiento trmicousados por Caterpillar.

El hierro y acero fundidos son tratados trmicamente de muchasmaneras. El tipo de tratamiento depende de la clase depropiedades requeridas por la pieza en particular.

En Caterpillar la mayora de los procesos de tratamientostrmicos involucran tres pasos bsicos: calentamiento,enfriamiento y templado.

En el paso del calentamiento la temperatura es vital. Cada tipo deacero tiene una temperatura crtica a la cual se debe calentar antesde ser endurecido.

El enfriamiento por inmersin es igualmente importante. Lainmersin enfra rpidamente la pieza calentada al rojo,conservando los cambios estructurales y causando elendurecimiento de la pieza. Hay varias maneras de realizar elenfriamiento dependiendo de los requisitos de la pieza.

El templado es el paso final en el tratamiento trmico. Este es unproceso de calentar nuevamente, a una cierta temperatura, elacero previamente endurecido, permitindole luego enfriarse. Eltemplado alivia las tensiones que se produjeron dentro del metaldurante el tratamiento trmico.

MetasCaterpillar tiene dos metas en mente cuando trata trmicamentenuestras piezas:

1. Hacer la superficie de una pieza tan dura que pueda resistir eldesgaste por largo tiempo.2. Endurecer la pieza hasta una cierta profundidad para mejorar laresistencia a la fatiga.

Dureza posible



El tipo de material con que se comienza determina el potencial dedureza - o mxima dureza superficial ; y su templabilidad - omxima profundidad de endurecimiento. Pero se tienen queaplicar el calentamiento, enfriamiento por inmersin y templadoapropiados para alcanzar tal dureza superficial y profundidad deendurecimiento. Por eso se debe utilizar la combinacin correctade material y tratamiento trmico para producir las propiedadesdeseadas de una pieza terminada.

Dureza superficialLa dureza superficial hace exactamente lo que su nombresugiere, produce una superficie dura en la pieza con el fin deaumentar su resistencia al desgaste.

La mxima dureza superficial depende de la cantidad de carbnen el acero. Recuerda el carbn? Hasta un cierto punto, contramayor sea el contenido de carbn en el acero, mayor es elpotencial de dureza del acero.

Control del contenido de carbnEl contenido de carbn en el acero se controla de dos formas :

1. Ajustando el contenido de carbn durante el proceso inicial derefinado del acero.2. Aadiendo ms carbn a la superficie de la pieza en un hornocon una atmsfera controlada especial.

Profundidad de superficieendurecida

Y qu es profundidad de dureza , o profundidad de superficieendurecida? La profundidad de superficie endurecida indica hastaqu profundidad la dureza penetra dentro de la pieza. Laprofundidad mxima de superficie endurecida depende de lasclases y contenido de aleacin usadas en el acero.

Contenido de aleacinEl contenido de aleacin en el acero se ajusta durante el procesoinicial de refinado del acero.

RepasoExisten cuatro pasos importantes que son crticos para lograr laspropiedades correctas necesarias para todo tipo de piezas. Ustedaprender ms acerca de cada paso a medida que avance en estunidad.

1. Seleccione el material con el contenido correcto de carbn yaleacin.2. Seleccione el proceso trmico correcto.



3. Seleccione el mtodo de enfriamiento por inmersin correcto.4. Y seleccione las temperaturas de templado correctas.



Calentamiento

El calentamiento es el primer paso para lograr las propiedadesespecficas requeridas en las piezas Caterpillar. El tratamientotrmico involucra tres pasos bsicos: Calentamiento, templado yrevenido. En el proceso de calentamiento la temperatura es vital.Cada tipo de acero tiene una temperatura crtica a la cual debecalentarse antes de ser endurecido. En esta seccin aprendercmo se calientan las fundiciones de hierro y acero. Existen tresfactores importantes en el proceso de calentamiento:

- Temperatura crtica mnima

- Temperatura crtica mxima

- Tiempo de calentamiento

Despus de completar esta seccin, podr describir qu significanestos importantes factores y cmo producen cambios en laestructura granular de las piezas.

Temperatura crtica mnimaDurante el calentamiento, comienzan a ocurrir cambios en laestructura interna de una pieza en todos los aceros al carbn(bajo, medio y alto contenido de carbn) cuando se alcanza ciertatemperatura. La temperatura ms baja a la cual ocurren cambiosen el acero al carbn es de 1.333 grados Fahrenheit (723 gradosC. La temperatura crtica mnima es importante puesto quesabemos que las piezas deben calentarse por encima de estatemperatura para producir los cambios deseados en la dureza dela pieza.

Temperatura crtica mximaAs como hay una temperatura crtica mnima a la cual loscambios en el acero comienzan a presentarse, hay unatemperatura crtica mxima por encima de la cual estos cambiosestructurales se completan. Generalmente, los aceros usados por



Caterpillar deben calentarse por encima de 1.500 gradosFahrenheit (816 grados C), luego deben enfriarse de formaapropiada para lograr el mximo endurecimiento. Por supuesto,est temperatura crtica mxima vara dependiendo del contenidode carbn de las piezas. Durante el calentamiento debe usarse larelacin correcta entre la temperatura crtica mxima y elcontenido de carbn.

Tiempo de calentamientoLa tercera variable del proceso de calentamiento es el tiempodurante el cual se calienta una pieza. El tiempo de calentamientodebe seleccionarse de manera que permita que las secciones msgruesas de la pieza alcancen la temperatura deseada. Estoasegura que ocurran los cambios internos. Una buena reglaprctica es permitir un tiempo de una (1) hora de calentamientopor cada pulgada de espesor.

Clulas cbicas de cara centradaEl proceso de calentamiento cambia el orden de los tomos dehierro en las clulas unitarias. Tan pronto como el acero alcanzala temperatura crtica mnima, algunas clulas unitarias inician sureorganizacin dentro de un cubo con tomos de hierro centradosen cada cara del cubo. Esto se conoce como cubo de caracentrada, o FCC para abreviar. Si las temperaturas exceden latemperatura crtica mxima y esto se mantiene por suficientetiempo, todas las clulas BCC cambian a clulas FCC. Lasclulas FCC son ms grandes y permiten que los tomos decarbn entren en la estructura, hacindola ms fuerte y dura.



Templado

Templar un metal significa enfriarlo rpidamente para conseguirla dureza deseada. La mayora de las piezas de acero al carbn setemplan rpidamente. Esto "atrapa" la configuracin del carbn aalta temperatura en la estructura del grano y produce una piezams dura. Durante el templado la estructura cristalina cambia deFCC a una estructura llamada tetragonal de cuerpo centrado oBCT para abreviar. Lo importante es que los tomos de carbnpermanecen atrapados, haciendo el metal ms duro y ms fuerte.

El enfriamiento rpido causa distorsin en el metal lo cual puedeproducir fracturas. El truco es templar lo suficientemente rpidopara conservar la configuracin del carbn pero minimizando ladistorsin que pueda causar fracturas. Templados diferentestienen diferentes velocidades de enfriamiento.

AguaEl templado por agua es de uso comn en Caterpillar. Es una delas formas ms rpidas y ms severas de enfriar metales, por loque se deben tomar precauciones para evitar fracturas en laspiezas. Los aceros al carbn puro con contenido inferior al 0,25%de carbn sern endurecidos en agua slo parcialmente. Losaceros con contenido de carbn entre 0,30% y 0,40% seendurecen completamente en agua sin peligro de fracturas. Y losaceros con contenido de carbn superior al 0,40% no se enfranen agua debido a que los esfuerzos ocasionados por el abruptocambio de temperatura pueden romper la pieza.

Como acta el templado en aguaLas piezas Caterpillar templadas en agua se hacen de dos formas:por chorro por bao agitado. Ambos mtodos evitan laformacin de una pelcula de vapor alrededor del metal caliente,que lo aislara del agua y demorara el proceso de enfriamiento.Durante el bao de templado, el agua es agitada o arremolinadapara eliminar el vapor. Esta tcnica es muy efectiva. Como puede



ver, virtualmente no hay formacin de vapor en estos eslabonesmientras son sumergidos dentro del bao. El chorro de agua es unmtodo an ms rpido y drstico para templar piezas. Estatcnica se usa tambin para el endurecimiento de un reaespecfica.

AceiteEl templado en aceite tiene una velocidad de enfriamiento mslenta que en agua. Los aceros al carbn puro con menos de 0,40%de carbn no responden a un templado en aceite. Los aceros entre0,40% a 0,50% de carbn son parcialmente endurecidos enaceite. Por encima del 0,50% de carbn los aceros son totalmenteendurecidos. El aceite crea menos esfuerzos en el acero que en elagua. Piezas tales como engranajes donde la distorsin es unriesgo son templadas por lo general en aceite.

Cmo acta el templado en aceiteEl aceite es otro de los mtodos comunes de templado enCaterpillar. Este proceso lo usamos para asegurar velocidades deenfriamiento ms lentas que las que se pueden obtener con agua.Una razn para el templado en aceite es prevenir distorsiones ofracturas que pueden ocurrir si las piezas se enfran demasiadorpido. El aceite es agitado o arremolinado con el propsito deevitar la formacin de vapor alrededor del metal caliente,aislndolo del aceite. La temperatura del aceite y el tiempo que lapieza se sumerge en el bao son controlados para garantizarpropiedades especficas. Se puede usar tambin una combinacinde agua y aceite para templar piezas. La mezcla de agua y aceitese utiliza cuando el agua sola puede fracturar la pieza, y el aceitesolo no puede enfriar la pieza lo suficientemente rpido.

AireEl chorro de aire es el mtodo ms lento de templado. Es utilizadopor algunos proveedores de Caterpillar. El templado con aire seusa comnmente en aceros de alta aleacin que puedenfracturarse si se usara aceite y/o agua.



Revenido

El revenido es el paso final en el tratamiento trmico de las piezasde fundicin de hierro y de acero. El revenido significa calentarnuevamente las piezas endurecidas con anterioridad, por debajode la temperatura crtica mnima, para luego permitir suenfriamiento. Nosotros calentamos de nuevo las piezas debido ala distorsin causada por los esfuerzos internos que se presentancuando se calientan y enfran rpidamente. La distorsin generatensiones internas dentro de la pieza endurecida. Estas tensionespueden causar fracturas y la pieza puede fallar prematuramentedurante el servicio.

PropsitoLa pieza puede ser tambin demasiado dura y frgil para elservicio. El revenido alivia las tensiones internas y suaviza lapieza, hacindola ms resistente. La pieza pierde algo de dureza,pero gana en resistencia. El revenido requiere calentar de nuevola pieza a una temperatura inferior a la temperatura crticamnima.

Como funcionaEl revenido puede parecer una operacin menor pero controla laspropiedades finales de las piezas acabadas. Esto se logracontrolando la temperatura de revenido para permitir que slo lacantidad justa de tomos de carbn escapen de la estructuracristalina BCT.Calentando entre 300 a 500 grados Fahrenheit se reduceligeramente la dureza superficial, se alivian tensiones y serestablece algo de resistencia. Calentando una pieza entre 1110 y1200 grados Fahrenheit se reduce an ms la dureza superficial.Sin embargo, estas altas temperaturas efectan un mejor trabajoen la liberacin de tensiones y mejoran bastante la resistencia.



Mtodos de produccin

Al terminar esta leccin, usted podr determinar cmo seproducen cambios en la estructura interna de las piezas debido alendurecimiento en horno y cmo estos cambios afectan laspropiedades. Aprender cmo al calentar un rea seleccionada deuna pieza se le dan propiedades especficas de manera que puedacumplir mejor su funcin y cmo tres mtodos de endurecimientode la superficie alteran las capas superficiales de las piezas deacero.

Endurecimiento en horno

Endurecimiento selectivo

Endurecimiento de superficie



Endurecimiento en horno

El endurecimiento en horno es una de las formas ms comunespara tratar trmicamente el acero. La pieza a ser tratadatrmicamente es colocada sobre una banda transportadora yconducida a travs de un horno.

ProcesoEste es un horno de endurecimiento tpico de Caterpillar. En estaoperacin algunos cigeales estn siendo endurecidos. Loscigeales se colocan en una banda transportadora que los muevea travs del horno de endurecimiento a una velocidadpredeterminada. La banda se mueve lentamente para asegurarque las piezas se calienten por encima de la temperatura crticamxima - el punto en el cual tienen lugar los cambios deseados enla estructura interna de la pieza.

Los cigeales salen del horno con color naranja brillante y setemplan inmediatamente en un bao de agua. Esto fija loscambios internos en el metal. Despus de templados, loscigeales son enviados a travs de un horno de revenido, luegose revisan para verificar distorsin y se envan a otros procesos.

Ejemplo: Tren de rodaje de D-10Los tractores de cadenas trabajan en una amplia variedad decondiciones difciles y exigentes. Las zapatas de las cadenasdeben ser fuertes, para soportar las fuerzas de flexin sinromperse... y resistentes al desgaste para proporcionar una vidaadecuada.

Zapata de CadenaLaminadas con acero de medio carbn modificado, las zapatas decadena Caterpillar son endurecidas en horno, templadas yrevenidas. Esto da a las zapatas la mejor combinacin de dureza yresistencia.



Endurecimiento selectivo

El endurecimiento selectivo se logra usualmente mediante uncalentamiento localizado y un templado completo. El objetivo esproporcionar al rea seleccionada propiedades de durezaespecfica diferentes al resto de la pieza. Dos de las formas mscomunes para endurecer selectivamente ciertas reas de unapieza son el calentamiento por llama y el calentamiento porinduccin.

Calentamiento por llamaEl calentamiento por llama es otro mtodo comn para endurecernicamente un rea seleccionada de una pieza. El endurecimientoselectivo significa calentar un rea especfica de una pieza y luegotemplar. El rea seleccionada tendr entonces propiedades dedureza diferentes al resto de la pieza.

Ejemplo: Arbol de LevasEl calentamiento por llama se usa frecuentemente para endurecerlos lbulos de algunos rboles de levas Caterpillar. Estoproporciona excelente resistencia a la fatiga y resistencia aldesgaste.

Calentamiento por induccinEl calentamiento por induccin es una manera de endurecer unrea seleccionada de una pieza. El endurecimiento selectivosignifica calentar nicamente un rea seleccionada de una pieza yluego templarla. Esto proporciona al rea seleccionadapropiedades de dureza especfica para desempear mejor sutrabajo.

El proceso de calentamiento por induccin comienza cuando lapieza a ser calentada se coloca cerca de una bobina de induccin.La corriente elctrica en la bobina genera una corriente en el reade la pieza ms cercana a la bobina. La resistencia al flujo decorriente elctrica dentro de la pieza ocasiona su calentamiento.Una vez alcanzada la temperatura requerida - y el tiemponecesario a esa temperatura -, la pieza es retirada de la bobina y



templada.

Cmo acta el endurecimiento porinduccin

El calentamiento por induccin es un mtodo de endurecimientopara un rea especfica de una pieza. En esta operacin, losdientes de un pin de D7 estn siendo endurecidos. Las bobinasde induccin rodean el engranaje, generando una corriente en losdientes causando su calentamiento. Cuando la pieza alcanza latemperatura correcta, un templado en bao de agua - aceite enfrala pieza fijando la dureza.

Ejemplo: Eslabn de cadenaDespus de un endurecimiento en horno para una buenaresistencia y fortaleza, los eslabones de cadena se calientan porinduccin a lo largo de los rieles y son templados al chorro.

Ejemplo. Tren de RodajeEl riel endurecido es compatible con la dureza de la superficie yde la pestaa del rodillo de la cadena para optimizar la vida dedesgaste.



Endurecimiento de superficie

El endurecimiento de superficie es el proceso de endurecer slouna delgada capa de acero en la superficie de la pieza. Estoproduce mayor dureza, piezas ms resistentes al desgaste conncleos tenaces y elsticos.Caterpillar utiliza tres procesos: carburizacin, carbonitruraciny nitruracin.

CarburizacinLa carburizacin es una forma de preparar el acero para elendurecimiento.No es un proceso de endurecimiento. La carburizacin se logracolocando una pieza de acero de bajo o medio contenido decarbn en una atmsfera rica en carbn y calentndola hastaaproximadamente 1700 grados Fahrenheit o ms. Despus devarias horas, el carbn penetra el acero y forma una capa dematerial con alto contenido de carbn conocido como "capa". Esteprocedimiento incrementa la dureza potencial de la capasuperficial del acero.

Como acta la carburizacinLa carburizacin comienza tomando una pieza de acero de bajocontenido de carbn y aadiendo carbn a la superficie. Esto selogra calentando la pieza en una atmsfera controlada rica encarbn, creada mediante la entrada de gas natural dentro delhorno. Los engranajes en esta operacin absorben el carbn delgas. Cuanto ms tiempo permanezcan dentro del horno, mayorser la cantidad de carbn absorbida, y ms profunda laformacin de la capa. Despus de retirados del horno decarburizacin, los engranajes se templan de inmediato. Otraspiezas son enfriadas lentamente y luego se calientan de nuevo y setemplan. Esta operacin produce una estructura granular msfina, la cual da a las piezas mayor resistencia a la fatiga. Ustedpuede observar la capa endurecida en esta pieza que ha sidocortada por la mitad.



La carburizacin produce una superficie dura y resistente aldesgaste en las piezas, con un ncleo tenaz y elstico.

Ejemplo: CoronaLas coronas deben tener un ncleo fuerte y tenaz para soportar lasfuerzas de empuje generadas en el tren de fuerza de las mquinasCaterpillar. Pero tambin deben tener una superficie dura yresistente al desgaste para larga vida. Estas propiedades se lograncomenzando con un acero de aleacin de cromo-nquel,carburizndolo para obtener una buena profundidad de capa,calentando de nuevo y templando, y luego se efecta el revenido.

Profundidad de la capa de laspiezas carburizadas.

La profundidad a la cual el carbn penetra indica la profundidad ala que el acero ser endurecido durante el proceso. Esto se conocecomo profundidad de capa. La profundidad de capa de las piezascarburizadas vara entre 0,010 y 0,100 pulgadas, dependiendo delproceso utilizado, el tiempo de permanencia de la pieza en elhorno y la cantidad de carbn en la atmsfera. Cuanto ms altasea la dureza de la superficie, mayor ser la resistencia aldesgaste despus del endurecimiento.

Carbonitruracin.La carbonitruracin es otro proceso usado para preparar el aceropara el endurecimiento. Una pieza es colocada en una atmsferagaseosa a 1450 grados F aproximadamente, conteniendo carbny nitrgeno. El carbn y el nitrgeno penetran en la superficie dela pieza. La dureza potencial de la capa superficial se incrementapor el carbn y el nitrgeno.La carbonitruracin requiere una temperatura inferior a lacarburizacin, de esta manera la distorsin de la pieza se reduce.

Cmo acta la carbonitruracin.La carbonitruracin produce una capa endurecida en las piezascalentndolas a temperaturas medias. El horno contiene unaatmsfera de gas natural y gas de amoniaco. Estos gasesproducen carbn y nitrgeno los cuales son absorbidos por laspiezas. Es la mezcla de carbn y nitrgeno la que hace posibleendurecer las piezas a una temperatura ms baja, resultando enmenos distorsin .En esta operacin, las piezas son calentadas duranteaproximadamente cuatro horas, luego templadas dentro delhorno. El resultado es una capa rica en carbn y nitrgeno que esmuy dura y resistente al desgaste.

Ejemplo. Eje de transmisin.



Los ejes de transmisiones y otros ejes del tren de impulsin soncon frecuencia carbonitrurados para suministrarles una buenaprofundidad de capa a menor temperatura. Este eje ha sidocortado de un acero con bajo contenido de carbn ycarbonitrurado a 1600 grados durante 6 horas. El resultado es unacapa profunda endurecida de 55 a 60. Los beneficios para elcliente son resistencia al desgaste y control dimensional preciso.

Profundidad de superficieendurecida de piezascarbonitruradas

La profundidad a la cual el carbn y el nitrgeno penetran indicala profundidad de la capa endurecida despus del endurecimiento.La profundidad de la capa superficial endurecida de las piezascarbonitruradas es de aproximadamente 0,015 pulgadas. Laspiezas carbonitruradas tienen una dureza de superficieparticularmente alta.

NitruracinLa nitruracin es una forma de endurecimiento de superficie paraciertos aceros de aleacin. Es un proceso de endurecimiento quea menudo sigue al endurecimiento en horno. Las piezas secalientan a cerca de 1000 grados F, en una atmsfera de gas deamonaco. El nitrgeno en el gas se combina con los elementos dealeacin presentes en el acero para formar nitruros de aleacin enla superficie. Estos nitruros de aleacin son extremadamenteduros y producen superficies fuertes y resistentes al desgaste sintratamiento trmico adicional.

Como acta la nitruracinLa nitruracin es un mtodo importante de endurecimiento desuperficie de aceros de aleacin, ya que se realiza a bajastemperaturas. Y las bajas temperaturas significan baja distorsindentro de la pieza final. Antes del proceso de nitruracin,generalmente la piezas se endurecen al horno. Esto produce unncleo endurecido. Las piezas se colocan en un horno especialtipo campana, donde se calientan a aproximadamente 1000grados en una atmsfera controlada de gas de nitrgeno yamonaco. Qumicamente el nitrgeno se mezcla con loselementos de aleacin, produciendo nitruros de aleacin en elacero. La pieza es enfriada a continuacin y no necesitatratamiento trmico adicional. Esta comparacin muestra placasde embrague antes y despus de la nitruracin. Estos nitruros dealeacin producen una pieza con una superficie muy dura; dehecho ms dura que en ningn otro mtodo de endurecimiento desuperficie.

Ejemplo : CoronaMuchos engranajes de transmisin se nitruran para crear unasuperficie extremadamente dura y resistente al desgaste. Estacorona se endurece primero al horno y se templa para darle



resistencia y tenacidad, luego se coloca en un horno de nitruracinpor varias horas. La superficie de nitruro de aleacin endurecidaayuda tambin a prevenir picaduras y astilladuras.

Profundidad de superficieendurecida de piezas nitruradas

La profundidad de superficie endurecida de piezas nitruradasest en el rango de 0,005 hasta un mximo de 0,015 pulgadas.Cuanto mayor sea el endurecimiento, ms resistente al desgasteser la pieza despus del endurecimiento. Debido a las bajastemperaturas durante la nitruracin, las piezas estn libres dedistorsin y rara vez requieren rectificado final.



Problemas de material y proceso

Al completar esta leccin, usted podr identificar los problemasde los tratamientos de refinado, moldeado, tratamiento trmico ode maquinado que pueden causar fracturas.

Problemas de refinado en horno de fundicin

Problemas de Fundicin

Problemas de laminado, forjado, extrusin

Problemas de tratamiento trmico

Problemas de Maquinado



Problemas de refinado en horno de fundicin

El mineral de hierro contiene algunas impurezas que no puedenremoverse durante el refinado en el horno de fundicin. Laescoria que flota en la parte superior y que protege el metalderretido durante el refinado se puede empezar a mezclar con elmetal. El ladrillo de horno que recubre los hornos de fundicinpuede derrumbarse y caer en el metal derretido. Estas impurezaspueden ser atrapadas durante la solidificacin y se llamaninclusiones. Estas estn presentes en la mayora de los metales. Elresultado final puede ser la reduccin de la vida del componente.

InclusionesLos mejores refinadores emplean procesos cuidadosamentecontrolados que limitan el tamao y la distribucin de inclusionesen los materiales. Sin embargo, an los mejores cometen erroresy una gran inclusin o grupo de inclusiones puede permanecer enel metal. Cuando esto ocurre una pieza puede fracturarseprematuramente exponiendo la inclusin en la superficie de lafractura.

Ojo de bueyLas fracturas que comienzan en inclusiones algunas vecesproducen una huella distintiva, llamada ojo de buey. Esta toma sunombre de su similitud a un blanco con el ojo de buey en el centro.

VenasSi las inclusiones se laminan, se forjan o se estiran por presin ose aplanan y alargan, se convierten en venas . Si podemosobservarlas dentro del metal se asemejan a una mina de grafitodentro de un lpiz de madera. En fracturas de superficie estasinclusiones pueden ser reconocidas como lneas delgadas , rectasy planas tal como aparece en la fractura de este pasador de biela.



Problemas de Fundicin

Las fundiciones se producen vaciando metal liquido en un molde.A medida que el metal se enfra, puede haber una fractura comoresultado de un enfriamiento demasiado rpido o demasiadolento. El metal tambin se contrae y se hace ms pequeo. Si nose dispone de metal lquido adicional para llenar el espacio, sepresentarn bolsas (vacos) de contraccin en la fundicin final.

AgrietamientoLas piezas fundidas tambin se agrietan debido a mal manejodurante la fabricacin o reparaciones en campo. Las piezasfundidas contienen escamas de grafito que las hacen frgiles ysusceptibles a agrietamiento por cargas de choque repentinas. Siuna camisa de cilindro tiene este tipo de grietas, la grieta puedecrecer durante la combustin y resultar en una fractura.

Bolsas (Vacos) de contraccinBolsas de contraccin o cavidades pueden iniciar la falla de unapieza si son suficientemente grandes. La fundicin que aqu semuestra tiene un gran vaco que caus una falla prematura de lapieza.

DendritasUna vista ms cercana del vaco muestra la inusual apariencia delos granos. Esta estructura se llama dendritas y es un buenindicador de que ocurri un problema de fundicin.



Problemas de laminado, forjado, extrusin

El proceso de laminado puede producir bolsas de contraccin,costuras o laminas (astillas) en las piezas terminadas si lasiderrgica no controla la calidad del lingote, las temperaturas delaminado y el contenido de hidrgeno. El proceso de forjadopuede producir astillas y quemaduras si las temperaturas deforjado son demasiado bajas o altas. El proceso de extrusinpuede resultar en desgarres internos si el material y latemperatura no se combinan correctamente.

Bolsa de contraccinSe dice que las barras de acero que contienen un orificio centraltienen una "bolsa de contraccin". La bolsa es un resultado de lacontraccin en el lingote de acero fundido. Si no se remueve todala contraccin del lingote, el vaco se lamina y se produce unhueco plano cerca del centro de la barra.

Ejemplo: Resorte tensor de lacadena

Este resorte tensor de cadena fue producido partiendo de un aceroque contena una bolsa de contraccin. El rea cerca del centro dela fractura muestra lneas de flujo saliendo de la fractura dondeexiste el hueco. Si las cargas aplicadas son suficientemente altas,o la bolsa de contraccin es suficientemente grande, hayposibilidades de que se presenten fracturas como sta.

CosturaSi el metal no se mantiene a las temperaturas de laminadocorrectas, se puede plegar en si mismo, produciendo una costuraque tiene la apariencia visual como de una grieta corriendo a lolargo de la barra. Si estas barras se usan en otra operacin detrabajo en caliente o fro, la costura se puede abrir,"reventndose".

EscamadoEl escamado de hidrgeno ocurre en el acero cuando ste ha



tenido contacto con humedad mientras est sometido a elevadastemperaturas como en los procesos de refinado, laminado,forjado, etc. El acero, a estas temperaturas, absorbe hidrgeno dela humedad. Si luego el acero es enfriado demasiado rpido, elhidrgeno permanece atrapado y puede crear una presin internasuficientemente alta para producir grietas internas diminutas.Esto es lo que se llama escamado de hidrgeno o simplementeescamado.

Solapa forjadaEl forjado es similar al laminado pero tiene la ventaja de poderproducir formas ms complejas. Una solapa forjada ocurrecuando el metal esta demasiado fro para fluir apropiadamente. Elmetal en la superficie de la pieza se adhiere al troquel de forjado yse pliega sobre si mismo en lugar de fluir. La solapa se extiendehacia abajo en la pieza y puede inducir un agrietamiento encondiciones de servicio.

Esta biela contiene una solapa forjada que caus la fallaprematura del componente. Observe la mancha negra en lasolapa. Este xido negro es una buena indicacin que puedeusarse para identificar una solapa forjada.

Quemaduras por forjaUna quemadura por forja ocurre cuando el metal est demasiadocaliente para el proceso de forjado. Los granos de metal se fundenen los lmites del grano, usualmente cerca del centro de la pieza.A medida que la pieza se enfra, los lmites permanecenseparados, dejando grietas internas que pueden llegar a ser muygrandes. Si son lo suficientemente grandes, las grietas puedenextenderse bajo cargas de operacin normales y causar una fallaprematura. Las quemaduras por forja pueden identificarse porreas cristalinas grandes en superficies de fracturas, usualmentecerca del centro de la pieza.

ExtrusinLa extrusin o estiramiento por presin se puede hacer en calienteo en fro, y produce un flujo de grano fino a medida que semoldea la pieza. Las piezas con un dimetro mayor de unapulgada de seccin transversal usualmente son extrudas encaliente, mientras que las piezas de dimetros menores se puedenextruir en fro con xito.

Un problema que puede ocurrir durante este proceso es la rupturainterna. El metal puede gotear internamente en lugar de fluir en eltroquel si las piezas no estn suficientemente calientes o si sondemasiado grandes para la extrusin en fro. Estas gotas puedenproducir grietas cuando la pieza se coloca en servicio.



Problemas de tratamiento trmico

Un tratamiento trmico inadecuado puede resultar en unavariedad de problemas, tales como agrietamiento por templado,piezas blandas y fragilidad.

Agrietamiento por templadoEl agrietamiento por templado puede resultar si la templabilidaddel acero es demasiado alta. La pieza desarrolla unendurecimiento de superficie que es demasiado profundo y losesfuerzos internos agrietan la pieza. Si el fluido enfriadorremueve el calor demasiado rpido, causar contraccionesrepentinas que pueden ser suficientemente severas como paraagrietar la pieza. Esto se denomina choque trmico.

Reconocimiento del agrietamientopor templado

Las grietas por templado en piezas usualmente ocurren en loscambios de contorno de la superficie y se extienden internamenteen la pieza. A menudo pueden reconocerse por un colorazul/negro que producen las temperaturas de templado en lasuperficie de la fractura. Las grietas por templado pueden serprofundas o superficiales, dependiendo de cuan severas fueronlas condiciones que las causaron.

Piezas blandas por temperaturaexcesiva

Las piezas blandas pueden ser el resultado de varios problemasde tratamiento trmico. Una de las causas ms comunes es eltemplado a una temperaturas demasiado alta. Esto causaliberacin de demasiado carbn de la estructura del grano con laconsecuente perdida de dureza, fuerza y resistencia al desgaste.

Piezas blandas por templadoincompleto

Otro problema comn que resulta en piezas blandas es eltemplado incompleto. Esto sucede cuando las piezas no estntotalmente inmersas en el lquido de enfriamiento, o cuando se



interrumpe el flujo de fluido. El resultado final sern piezas quese desgastan excesivamente, o se deforman severamente bajocondiciones normales de operacin.

FragilidadLas piezas frgiles usualmente son el resultado de un templado auna temperatura demasiado baja. Las bajas temperaturas detemplado no permiten que suficiente carbn se escape de laestructura granular y las piezas permanecen demasiado duras conmucho esfuerzo interno.Las piezas frgiles se pueden identificar usualmente observandoqueexperimentan fracturas frgiles sin causa aparente. Cuandoesto ocurre, es buena idea conseguir resultados de la prueba dedureza y compararlos con los resultados de pruebas hechas conpiezas reconocidas como buenas.



Problemas de Maquinado

En este tpico, aprenderemos que clase de problemas soncausados por operaciones de maquinado tales como corte,rectificacin y enderezado. Luego aprenderemos cmo identificaraquellos problemas cuando ocurren en las piezas.

Problemas dimensionalesLos problemas dimensionales ocurren cuando una herramienta sedesafila, se utiliza una herramienta inadecuada o el montaje de lamquina es incorrecto. El resultado final puede ser dimensionesque son incorrectas. Muchos de estos problemas son descubiertosy corregidos antes que el producto sea puesto en servicio. Peroocasionalmente, ocurren errores que al final terminan como fallasde servicio.

Ejemplo de problemasdimensionales

El plano para el vstago de este cilindro hidrulico especifica unradio de 0,120 pulgadas. El proceso produjo uno de radio 0,036pulgadas. El resultado fue un cambio de permetro abrupto queresult en una falla prematura. Estos problemas usualmentepueden detectarse midiendo piezas o comparando piezas que hanfallado con piezas reconocidas como buenas.

Problema de rectificadoLos problemas de rectificado deben ser cuidadosamentecontrolados para prevenir problemas. Si el flujo de refrigerante seinterrumpe o se desva, se remueve demasiado metal condemasiada rapidez, o la rueda rectificadora se atasca o necesitaafilado. El resultado final puede ser excesivo calor.

Este calor puede ser suficientemente severo para producir uncalentamiento local y una operacin de templado, produciendocalcinamientos o grietas de superficie. Los calcinamientosusualmente se pueden reconocer por su apariencia de colormarrn o negro, mientras que las grietas se pueden encontrar con



pruebas de partculas magnticas.

EnderezadoEl enderezado es un proceso utilizado frecuentemente entratamientos trmicos de piezas, con el fin de eliminar ladistorsin que ocurre durante el templado. El proceso consiste enaplicar presin mecnica o hidrulica para doblar la pieza en ladireccin que elimine la distorsin.

Grietas por excesivoenderezamiento

Si se dobla demasiado, la pieza puede agrietarse. Este cigealfue enderezado demasiado y desarroll la fisura de textura speraque se ve en la parte superior.


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Analisis de Falla_Resumen 8 Pasos