Método de prueba estándar ASTM G133 para desgaste por deslizamiento de superficie plana de bola opuesta lineal

La norma “ASTM G133 Método de prueba estándar para desgaste por deslizamiento de superficies planas de bolas reciprocantes lineales”, desarrollada por la Sociedad Estadounidense para Pruebas y Materiales (ASTM), describe un método de prueba para determinar el desgaste por deslizamiento de cerámicas, metales y otros materiales candidatos resistentes al desgaste utilizando una geometría de superficie plana de bolas reciprocantes lineales.

La dirección del movimiento relativo entre las superficies deslizantes se invierte periódicamente, de modo que el deslizamiento se produce en línea recta. Las magnitudes clave de interés son los volúmenes de desgaste de la bola en contacto y los materiales de la muestra plana. Sin embargo, el coeficiente de fricción cinética también puede medirse utilizando el método descrito. Este método de ensayo abarca tanto los procedimientos de ensayo lubricados como los no lubricados. Sin embargo, no cubre los ensayos realizados en entornos corrosivos o químicamente agresivos.

Este método de ensayo está diseñado para simular la geometría y los movimientos que experimentan numerosos componentes de fricción cuyo funcionamiento normal provoca inversiones periódicas en la dirección de deslizamiento relativa. El desgaste resultante de este patrón de movimiento puede diferir del desgaste experimentado cuando los mismos materiales se deslizan continuamente en una sola dirección (deslizamiento unidireccional), incluso con tiempos de contacto comparables. Las cargas y velocidades de ensayo deben determinarse en función de la severidad de la aplicación propuesta o del propósito del ensayo. En estos ensayos se puede utilizar uno de los dos conjuntos de condiciones de ensayo (Procedimientos A y B).

Este método de prueba simula el desgaste que experimentan los componentes sometidos a inversiones periódicas de movimiento deslizante, comunes en sistemas tribológicos reales, como componentes de motores, frenos y embragues. La norma ASTM G133 se utiliza ampliamente en industrias como la automotriz, la aeroespacial y la manufacturera para evaluar la durabilidad de los materiales en condiciones específicas de desgaste.

La norma ASTM G133 describe un método controlado para medir el desgaste por deslizamiento en movimiento lineal alternativo. La prueba consiste en frotar una probeta superior esférica contra una probeta inferior plana, invirtiendo periódicamente la dirección del movimiento. Las métricas principales de interés son los volúmenes de desgaste de las probetas esférica y plana, pero también se puede medir el coeficiente de fricción cinética. Esta norma admite condiciones de prueba tanto lubricadas como no lubricadas, lo que la hace versátil para diversas aplicaciones.

Este método de prueba está diseñado para imitar la geometría y el movimiento de componentes sometidos a deslizamiento alternativo. Esto lo distingue de las pruebas de deslizamiento unidireccional, como la norma ASTM G99. Esta distinción es crucial, ya que el comportamiento del desgaste puede variar significativamente debido a las inversiones de tensión y las transiciones a velocidad de deriva cero en pruebas lubricadas. Esta norma es especialmente útil para evaluar el desgaste en sistemas con frecuentes inversiones de movimiento, como rodamientos, sellos o anillos de pistón. Las condiciones de prueba, como la carga y la velocidad, se adaptan a la severidad de la aplicación prevista.

El método de prueba ASTM G133 incluye estos pasos básicos:

• Preparación de la muestra: Se preparan una muestra de fondo plano y una muestra de parte superior esférica (bola). La muestra plana debe tener suficiente superficie para permitir el movimiento de vaivén.
• Configuración de la prueba: Las muestras se montan en un tribómetro lineal alternativo. Esta configuración permite un control preciso de la carga, la velocidad y las condiciones ambientales (p. ej., temperatura, humedad o lubricación).
• Condiciones de prueba: Esta norma incluye dos procedimientos (A y B) con diferentes ajustes de carga y velocidad para adaptarse a diversas aplicaciones. Las pruebas pueden realizarse con o sin lubricación.
• Medición: Los volúmenes de desgaste se calculan generalmente midiendo la huella de desgaste en probetas esféricas y planas mediante técnicas como la perfilometría óptica o la topografía 3D. El coeficiente de fricción también puede registrarse mediante sensores adecuados.
• Informes de datos: Los resultados incluyen volúmenes de desgaste, coeficientes de fricción y condiciones de prueba. Esta norma prioriza la claridad en los informes para garantizar la repetibilidad.

La norma ASTM G133 se utiliza en industrias para:

• Para evaluar la resistencia al desgaste de materiales como cerámicas, metales y recubrimientos.
• Comparar el rendimiento de los lubricantes en puntos de contacto deslizantes opuestos.
• Simulación de condiciones del mundo real en componentes como piezas de motor, cojinetes e implantes biomédicos.
• Apoyar la investigación y el desarrollo de nuevos materiales resistentes al desgaste o tratamientos de superficies.

Sin embargo, esta norma tiene algunas limitaciones:

• Precisión en la medición del desgaste: Esta norma señala que los cálculos del volumen de desgaste pueden ser erróneos, especialmente en el caso de marcas de desgaste irregulares. Se recomiendan mejoras en las técnicas de medición, como la perfilometría 3D, para mejorar la precisión.
• Especificidad: La prueba es específica del movimiento alternativo lineal y puede no ser totalmente representativa de otros mecanismos de desgaste (por ejemplo, desgaste abrasivo o erosivo).
• Control ambiental: Los cambios de humedad o temperatura pueden afectar los resultados y requieren un control cuidadoso durante las pruebas.

Las investigaciones han puesto de relieve los desafíos que supone calcular el volumen de desgaste con el método de ensayo ASTM G133, especialmente cuando las marcas de desgaste son irregulares. Un estudio sugirió mejoras para reducir los errores de determinación del volumen de desgaste del 106 % al 17 % mediante la optimización de los métodos de medición, como la adopción de la topografía 3D en lugar de la perfilometría tradicional.

Como resultado, la norma ASTM G133 proporciona un marco sólido para evaluar el desgaste por deslizamiento en sistemas reciprocantes, aportando información valiosa sobre el rendimiento del material en condiciones reales. Su versatilidad para realizar pruebas con y sin lubricación convierte a esta norma en una herramienta fundamental para científicos e ingenieros de materiales. Sin embargo, los usuarios deben garantizar técnicas de medición precisas y controles ambientales para maximizar la precisión.

Nuestra organización, con una larga trayectoria de servicio y un meticuloso seguimiento de los avances científicos y tecnológicos globales, realiza pruebas, mediciones y análisis en una amplia gama de áreas para empresas de todos los sectores, con un equipo cualificado y una amplia infraestructura. En este contexto, también ofrecemos servicios de prueba de acuerdo con el método de prueba estándar ASTM G133 para desgaste por deslizamiento lineal recíproco de superficies planas y bolas.