Efecto de las Tensiones Residuales en la Fatiga por Fretting

Abstract

Fretting es la palabra inglesa que de.ne un fenómeno de daño superficial que ocurre cuando existen desplazamientos relativos oscilatorios de muy pequeña amplitud entre componentes que se encuentran en contacto bajo presión. Como consecuencia de esta situación, en las superficies en contacto se pueden dar, entre otros, los siguientes procesos que pueden llevar al fallo prematuro del componente: cambios metalúrgicos, desgaste, corrosión y formación de grietas, tanto superficiales como interiores.Cuando el daño principal que sufren las superficies en contacto es la formación de óxidoy grietas superficiales, al fenómeno se le denomina fretting corrosión. Sin embargo, cuando el desgaste y la formación de grietas superficiales es el daño más importante se le llama fretting wear. A menudo ambos términos son utilizados como sinónimos, ya que el desgaste de las superficies en contacto, generalmente implica la formación de óxido. Hay situaciones en la cual uno de los componentes se encuentra sometido a una tensión global oscilatoria, en esta situación al fenómeno se le llama fretting fatigue. Como consecuencia de esta tensión global oscilatoria, las grietas pueden crecer de modo que se produzca el fallo de uno de los componentes. A partir de ahora para denominar el fenómeno definido como fretting fatigue, emplearemos el término fatiga por fretting, aunque también se podría hacer uso del término totalmente castellano y usado algunas veces, como fatiga por ludimiento.Las superficies de componentes que sufren de daño por fretting tienen características fácilmente reconocibles. En primer lugar, a causa del deslizamiento relativo entre las superficies, tal y como se comentó anteriormente, se forman partículas de oxido (fretting debris). La formación de estas partículas de óxido, se debe al desprendimiento de pequeños fragmentos de material en la zona de contacto, los cuales o ya estaban en forma de óxido, o se oxidaron una vez desprendidos. Dependiendo de los materiales en contacto, estas partículas tienen un aspecto característico que depende del tipo de óxido formado; por ejemplo, en los aluminios es de color negro y en los aceros es de color rojo. Otra característica fácilmente apreciable de este fenómeno, es la formación de huellas de desgaste en las superficies. Hay una gran cantidad de componentes en la ingeniería que son vulnerables de sufrir fretting, algunos ejemplos son: uniones atornilladas, roblonadas y preajustadas, álabes de las turbinas, uniones eje cubo de una transmisión, cables metálicos trenzados, rotores de generadores, rodamientos, implantes artificiales. Es por ello de gran importancia, ya sea por factores económicos o de seguridad, tener un mayor conocimiento de este fenómeno. Entender por qué un componente ha fallado por fretting y cómo evitarlo, requiere conocer la interacción entre daño por deformación cíclica, crecimiento de grieta, mecánica del contacto y ciencia de los materiales, lo que hace que después de muchos años de investigación en este campo, aún siga siendo objeto de trabajo para muchos científicos e ingenieros. Actualmente existe una amplia variedad de paliativos para atenuar los efectos causados por fretting en un componente. El uso de lubricantes es un paliativo muy usado, ya que estos bajan el valor del coeficiente de fricción entre las partes en contacto, y por lo tanto las fuerzas tangenciales desarrolladas, lo que lleva a un menor daño. También se utilizan como paliativos los recubrimientos, ya que algunos bajan el coeficiente de fricción, y otros mejoran el comportamiento frente al desgaste. A pesar de estas ventajas, los recubrimientos presentan una serie de inconvenientes, pues algunos tienen una duración bastante limitada, mientras que otros presentan grietas y tensiones residuales de tracción. Esto hace que su uso sea muy controvertido, ya que dependiendo de las circunstancias en las que se empleen, este tipo de paliativos ofrecen buenos o malos resultados. Por último, una técnica bastante utilizada para mitigar los efectos delfretting se basa en introducir tensiones residuales de compresión en los componentes susceptibles de sufrir daño. Esto se realiza mediante tratamientos superficiales tales como el Shot Peening y el Laser Peening, entre otros. Estos tratamientos, además de modi.car el estado tensional de los componentes tratados, también producen modificaciones en la rugosidad superficial, hecho que en general, al contrario de lo que ocurre en fatiga simple, mejora el comportamiento frente a la fatiga por fretting. Es en estos últimos tipos de paliativos donde se centra el objetivo de este trabajo.