¿Cómo reducir la galling en piezas metálicas deslizantes?
Con mayor frecuencia se observa en piezas deslizantes como roscas, tornillos, rodamientos, cilindros y pistones, la galling también puede ocurrir durante el trabajo en metal — cuando pequeñas partículas del material de trabajo se adhieren a una herramienta de corte de una máquina, por ejemplo.
Afortunadamente, existen varias formas de prevenir la galling, tanto durante la fabricación de las piezas metálicas como durante su vida útil operativa. La elección del material, el tratamiento superficial y la lubricación efectiva son algunas de las mejores estrategias para reducir la galling. Sin embargo, algunas piezas y materiales son inherentemente vulnerables al problema, limitando su vida útil.
Este artículo analiza algunas estrategias para evitar la galling en piezas metálicas deslizantes, con un enfoque particular en el aspecto de fabricación: materiales, procesos de fabricación y tratamientos superficiales.
¿Por qué ocurre la galling?
La galling ocurre cuando las superficies deslizantes se adhieren entre sí. La fricción y la adhesión entre las dos superficies desgarran la estructura cristalina subyacente de una superficie, causando que se transfiera a la superficie opuesta. La protuberancia visible que resulta del fenómeno es la “gall”.”
Este fenómeno ocurre porque incluso las piezas que parecen suaves tienen imperfecciones — picos y valles diminutos — a escala microscópica. Los picos o asperidades microscópicas de cada material entran en contacto, causando fricción.
Varios factores pueden agravar la gravedad de la galling. Incluyen:
Lubricación inadecuada entre las dos superficies deslizantes
Una combinación de cargas altas y velocidades de deslizamiento lentas
Uso de materiales blandos y dúctiles
Uso de materiales con capa pasiva de óxido, como acero inoxidable y titanio
Uso del mismo material en cada superficie
Fluctuaciones de temperatura
La galling suele ocurrir con piezas pequeñas como tornillos roscados. Representa un riesgo grave en procesos industriales si no se trata. Las roscas atascadas pueden provocar la rotura del tornillo o del conjunto completo.
El problema de la galling puede conducir a fallos en el equipo y requerir mantenimiento costoso, provocando retrasos en la producción y recursos desperdiciados.
¿Cómo prevenir la galling?
Existen varias formas de prevenir o minimizar la galling en piezas metálicas deslizantes. Aquí nos centramos principalmente en las formas en que los fabricantes, como XTJ, pueden ayudar a prevenir la galling (materiales y producción), en lugar de las formas en que los usuarios finales pueden prevenirla (lubricación y mantenimiento), aunque ambas son importantes.
1. Selección de materiales
Algunos materiales son más propensos a la galling que otros. En general, los materiales más duros son más resistentes a la galling que los más blandos, aunque también deben considerarse otros aspectos.
Algunos de los materiales más propensos a la galling incluyen aluminio, titanio y acero inoxidable austenítico. Sin embargo, estos materiales suelen ser necesarios debido a otras propiedades deseables, como resistencia, resistencia a la corrosión y maquinabilidad. Si estos materiales no son esenciales, entonces alternativas como latón, bronce y cobalto son mucho mejores para evitar la galling.
La galling puede ser menos probable si las dos superficies deslizantes son de dos materiales diferentes, debido a sus estructuras atómicas disímiles.
2. Tratamientos de endurecimiento de materiales
Como hemos discutido, los materiales con tasas de endurecimiento por trabajo más altas son menos propensos a la galling. Además de la selección de materiales, la dureza de un material puede mejorarse con ciertos tratamientos superficiales metálicos.
En particular, para aceros inoxidables, métodos como el tratamiento térmico, la carburización y la nitruración pueden reducir el daño causado por la galling.
3. Tratamientos de rugosidad superficial
Las superficies rugosas pueden exacerbar la galling, ya que las asperidades de cada superficie pueden quedar entrelazadas. Por otro lado, superficies muy lisas también pueden resultar en galling, ya que la falta de textura en la superficie significa que el lubricante no puede ser capturado y mantenido en su lugar por el material.
La rugosidad superficial ideal para prevenir la galling está por encima de 0,25 mm Ra y por debajo de 1,5 mm Ra.
Los tratamientos de acabado superficial como el rectificado, pulido y bruñido pueden usarse para reducir la rugosidad de materiales con una rugosidad superficial superior a 1,5 mm Ra, mientras que tratamientos como el chorreado abrasivo grueso pueden usarse para aumentar la rugosidad superficial (también enmascarando defectos superficiales).
4. Recubrimientos anti-galling
Las piezas susceptibles a la galling pueden ser tratadas con recubrimientos anti-galling formulados para reducir la fricción. Un posible tipo de recubrimiento es el disulfuro de tungsteno, que actúa como lubricante en película seca. A diferencia de los lubricantes húmedos, que se aplican y vuelven a aplicar antes del ensamblaje y uso, el disulfuro de tungsteno no atrae suciedad ni residuos.
Otra opción para reducir la galling es el recubrimiento de níquel o cromo sin electrodeposición, que también puede mejorar la resistencia a la corrosión. El recubrimiento puede ser especialmente efectivo si se aplica solo a una de las dos superficies deslizantes.
Otro recubrimiento anti-galling popular es carbono tipo diamante (DLC), que puede aumentar significativamente la dureza de la superficie de una pieza metálica.
5. Diseño de la pieza
La presión superficial puede reducirse y la galling minimizarse aumentando el área de contacto entre las superficies deslizantes. Al diseñar piezas, maximice el área de contacto si es posible. El diseño debe permitir una lubricación adecuada de las partes deslizantes — las cavidades o agujeros pueden ayudar a retener el lubricante en la zona de contacto.
Es también importante especificar tolerancias durante el diseño. Las piezas deslizantes deben tener un juego suficiente para minimizar la fricción y permitir que funcionen como se pretende.
6. Lubricación
Una lubricación efectiva es una de las estrategias clave para prevenir la galling de componentes metálicos deslizantes. La lubricación reduce la fricción y la temperatura de contacto, actuando también como una capa protectora entre dos superficies.
Los lubricantes comunes para prevenir la galling incluyen lubricantes anti-galling especializados, grasa, aceite y soluciones anti-seize.
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