Modos de fallo de piezas de desgaste: análisis de grietas, desgaste y fractura

Por qué fallan las piezas de desgaste: un método de diagnóstico

Las superficies de fractura, los patrones de desgaste, el lugar del fallo y el tiempo en servicio aportan pruebas de por qué falló una pieza de desgaste. Sustituirla sin investigar esas pruebas deja las causas sin resolver y puede provocar desgaste prematuro repetido, paradas imprevistas y costos crecientes.

Esta guía ofrece un método organizado para identificar cinco modos principales de fallo de piezas de desgaste de trituradoras. El diagnóstico ayuda a operadores e ingenieros de mantenimiento a elegir medidas correctoras para prolongar la vida útil, reducir paradas y disminuir el costo por tonelada. Para un contexto más amplio, consulte nuestra guía para reducir los costos operativos de trituradoras.

Cinco modos principales de fallo

Los fallos de piezas de desgaste de trituradoras pueden agruparse en cinco mecanismos básicos. Distinguirlos es el primer paso hacia un diagnóstico y una prevención eficaces.

Modo de fallo uno: fractura frágil

Mecanismo y características

La fractura frágil ocurre cuando una grieta se propaga más rápido de lo que la deformación plástica puede absorber la energía liberada. El fallo es repentino, con pocas señales previas. La superficie de fractura suele tener aspecto cristalino o granular, con bordes afilados.

Este modo es peligroso porque el fallo puede producirse con pocas señales previas. Un revestimiento puede fracturarse de repente si la carga de impacto eleva la intensidad de tensiones en la punta de grieta por encima de su tenacidad a la fractura (KIc).

Causas raíz

• Selección inadecuada del material — usar material con tenacidad insuficiente cuando los impactos superan los límites del material y del diseño de la pieza fundida. La tenacidad a la fractura varía según calidad, tratamiento térmico, probeta y método de ensayo; utilice la norma aplicable y el informe del material.
• Contaminación por metales extraños — los dientes de excavadora o las barras de perforación que entran en la trituradora pueden producir impactos instantáneos intensos superiores a la capacidad de la pieza.
• Defectos de fundición — la contracción interna, la porosidad o las juntas frías pueden concentrar tensiones e iniciar grietas. A menudo no son visibles en la superficie bruta de colada.
• Tratamiento térmico inadecuado — la martensita sin revenir es frágil. El temple sin el revenido necesario puede dejar tensiones residuales altas y baja tenacidad a la fractura.
• Trabajo bajo cero — algunos materiales pierden tenacidad a bajas temperaturas, pero la temperatura crítica depende de la aleación, el tratamiento térmico, la sección y la carga. Especifique requisitos de ensayo de impacto para la temperatura mínima de diseño.

Medidas de prevención

1. Adecúe el material a las condiciones de trabajo — evalúe acero al manganeso o aleado martensítico para alto impacto en lugar de elegir fundición de alto cromo solo por su dureza. Para la adecuación a la aplicación, consulte nuestra guía de selección de martillos de impacto
2. Instale protección contra metales extraños — la separación magnética antes de la trituradora y los detectores de metales en los transportadores de alimentación ayudan a controlar el riesgo de fractura por impacto.
3. Especifique inspección no destructiva — exija inspección ultrasónica o radiográfica de piezas críticas para comprobar defectos internos de fundición.
4. Compruebe el tratamiento térmico — solicite resultados de dureza y, para aplicaciones críticas, metalografía que permita evaluar el estado tratado térmicamente.
5. Considere calidades para bajas temperaturas — para climas fríos, especifique calidades aptas según ensayos de impacto a baja temperatura.

Modo de fallo dos: deformación plástica

Mecanismo y características

La deformación plástica ocurre cuando el esfuerzo aplicado supera el límite elástico del material y cambia permanentemente su forma. Las superficies se hunden, doblan o aplanan en vez de fracturarse o desgastarse. A diferencia de la fractura frágil, la deformación suele avanzar progresivamente y puede verse antes de un fallo grave.

Este modo se asocia con piezas de acero al manganeso que reciben impactos insuficientes para endurecerse por deformación. La comparación de la fuente indica una dureza inicial de 200-220 HBW. Sin impactos suficientes, la superficie puede mantenerse relativamente blanda y deformarse bajo la compresión de trituración.

Indicadores de diagnóstico

• Superficies martilladas o aplanadas — la superficie parece aplanada por golpes en vez de suavemente erosionada.
• Bordes enrollados — los bordes del revestimiento o del martillo se enrollan hacia fuera bajo compresión.
• Distorsión dimensional — cambios visibles de forma, con abombamiento o compresión en zonas de alto esfuerzo.
• Dureza medida baja — dureza superficial medida inferior a 300 HBW donde se esperaba endurecimiento por deformación.

Si las piezas de acero al manganeso se deforman plásticamente, evalúe un material más duro que no dependa del endurecimiento por deformación, como fundición de alto cromo o acero martensítico, o revise la posición de la trituradora en el circuito y la energía de impacto de su alimentación.

Modo de fallo tres: desgaste abrasivo

Mecanismo y características

El desgaste abrasivo es un mecanismo habitual de desarrollo progresivo. Las partículas duras de alimentación, a menudo sílice, cuarzo u otros minerales duros, surcan, rayan o cortan la superficie de desgaste. La dureza relativa de las partículas y la superficie influye en la tasa de desgaste.

Cuando las partículas abrasivas son mucho más duras que la superficie de desgaste, como al comparar cuarzo a HV 1000-1200 con acero al manganeso endurecido a ~500 HBW, el contacto repetido elimina material. A lo largo de miles de horas de funcionamiento, las piezas pierden espesor progresivamente.

Dos formas de desgaste abrasivo

Investigación de causas raíz

Si el desgaste abrasivo es más rápido de lo esperado, investigue:

• Contenido de sílice de la alimentación — el contenido de cuarzo, la forma y el tamaño de las partículas afectan al desgaste, pero su magnitud requiere ensayos del mineral y registros de obra. Controle regularmente la composición de la alimentación.
• Tamaño de alimentación — las partículas grandes causan surcado y ranuras profundas; las finas causan rayado y superficies pulidas. Una alimentación más gruesa suele producir mayor desgaste por tonelada.
• Desajuste de dureza — la dureza del abrasivo y la pieza, la tenacidad, la microestructura y las condiciones de contacto determinan conjuntamente el desgaste. Una relación fija entre distintas escalas de dureza no permite predecir la vida en obra.
• Velocidad de deslizamiento — una mayor velocidad relativa de deslizamiento entre la alimentación y la superficie de desgaste aumenta la eliminación de material.
• Contenido de humedad — la humedad modifica el transporte de partículas, la adhesión, la corrosión y el desgaste en lodos. Determine su efecto mediante la química del lodo, la granulometría y comparaciones controladas en obra.

Para el desgaste abrasivo, evalúe un material más duro. Las fundiciones de alto cromo como Cr26/Cr28 contienen carburos de cromo con una dureza citada de HV 1400-1800 y pueden ofrecer mayor resistencia a la abrasión del cuarzo que el acero al manganeso. Consulte nuestra guía sobre fundición de alto cromo.

Modo de fallo cuatro: desgaste adhesivo

Mecanismo y características

El desgaste adhesivo, también llamado gripado o embadurnamiento, ocurre cuando superficies metálicas deslizan bajo alta presión de contacto. Se forman uniones microscópicas que después se cizallan al continuar el deslizamiento, transfiriendo pequeños fragmentos de una superficie a otra.

Este modo es menos frecuente en superficies de desgaste de trituradoras primarias, pero es importante en determinados conjuntos:

• Casquillos excéntricos de trituradoras de cono — contacto deslizante entre componentes excéntricos y casquillos bajo altas cargas de compresión.
• Placas de articulación y asientos de trituradoras de mandíbulas — contacto deslizante entre la placa de articulación y su asiento.
• Casquillos de cruceta de trituradoras giratorias — contacto oscilante entre el eje principal y el casquillo de la cruceta.

Diagnóstico y prevención

El desgaste adhesivo produce superficies embadurnadas, desgarradas o gripadas. Busque metal transferido adherido a una superficie y zonas donde se haya arrancado metal de la otra.

Las medidas preventivas incluyen:

• Lubricación correcta — mantenga una película suficiente de grasa o aceite entre superficies deslizantes como protección principal contra el desgaste adhesivo.
• Emparejamiento de materiales — evite materiales de contacto idénticos o muy similares cuando sea posible; las parejas disímiles pueden reducir la tendencia al gripado.
• Tratamiento superficial — evalúe endurecimiento, cromado o un recubrimiento disímil en una superficie deslizante.
• Control de holguras — mantenga holguras de funcionamiento adecuadas para evitar contactos metálicos perjudiciales bajo carga.

Modo de fallo cinco: fatiga térmica

Mecanismo y características

El calentamiento y enfriamiento repetidos causan expansión y contracción térmicas, generando esfuerzos alternos de tracción y compresión en la superficie. Con el tiempo pueden formar una red fina de grietas llamada fisuración térmica superficial o agrietamiento térmico.

La fatiga térmica está asociada con los ciclos térmicos y puede afectar a piezas de desgaste en aplicaciones específicas:

• Molinos autógenos (AG) y semiautógenos (SAG) — el calentamiento por fricción durante las interacciones entre rocas grandes puede crear diferencias de temperatura entre la superficie del revestimiento y la masa del material.
• Enfriadores de clínker de cemento — la diferencia de temperatura entre el clínker caliente y el aire de enfriamiento somete las placas de parrilla y las barras rompedoras a ciclos térmicos intensos.
• Procesamiento de mineral caliente — trituración de sínter caliente o material calcinado.

Interpretación de los patrones de grietas

Los patrones de grietas ayudan a evaluar el avance y la gravedad de la fatiga térmica:

Medidas de prevención

• Selección del material — evalúe materiales con menor expansión térmica y mayor resistencia a la fatiga térmica, incluidas aleaciones martensíticas modificadas adecuadamente.
• Mejora del diseño — evite esquinas afiladas y cambios bruscos de sección que concentren tensiones térmicas; proporcione radios de acuerdo suficientes.
• Gestión térmica — utilice un sistema de refrigeración adecuado, como pulverización de agua o aire forzado, para controlar la amplitud del ciclo térmico en aplicaciones calientes.
• Prácticas operativas — evite arranques y paradas bruscos en circuitos de trituración caliente y permita una estabilización térmica gradual.
• Opciones de recubrimiento — los recubrimientos de barrera térmica pueden reducir las fluctuaciones de temperatura que experimenta el sustrato.

Método de diagnóstico paso a paso

Cuando falle una pieza de desgaste, utilice esta investigación organizada:

1. Documente el fallo — fotografíe la pieza desde varios ángulos antes de retirarla. Registre horas de funcionamiento, material alimentado y sucesos anormales como metales extraños, corte eléctrico o interrupción de la alimentación.
2. Examine las superficies de fractura y desgaste — utilice las tablas anteriores para clasificar el daño e identificar indicios característicos.
3. Mida la dureza — ensaye zonas desgastadas y sin desgaste, como el dorso del revestimiento, y compare con los requisitos de dureza especificados.
4. Compruebe los defectos de fundición — en fracturas frágiles, inspeccione el origen en busca de cavidades de contracción, porosidad o inclusiones.
5. Revise el historial operativo — compare la vida útil con piezas anteriores en la misma trituradora y condiciones. Una caída repentina exige comprobar cambios operativos y problemas del material.
6. Defina medidas correctoras — seleccione cambios de material, diseño u operación según el mecanismo identificado y las causas respaldadas por pruebas.

Ejemplo de diagnóstico: agrietamiento prematuro de revestimientos de trituradoras de cono

Si un cóncavo de Metso HP500 se agrieta prematuramente, evalúe conjuntamente superficie de fractura, dureza, composición química, registros de tratamiento térmico, alimentación y registros de metales extraños. Lo siguiente ilustra una secuencia de investigación; no es un caso de obra con comprobación pública.

Comprobaciones de la investigación:

• Morfología de la fractura: Registre el origen de la grieta, la dirección de propagación y los rasgos de fractura. El aspecto por sí solo no identifica una calidad de material ni una causa única.
• Ensayo de dureza: Si el dorso sin desgaste mide 280 HBW frente a un intervalo de aceptación de compra de 220–260 HBW, el resultado supera ese intervalo. Vuelva a comprobar ubicación, método de ensayo y estado tratado térmicamente. La dureza por sí sola no demuestra que Mn18 se etiquetara erróneamente como Mn13; compruebe la calidad mediante análisis químico espectrométrico, certificados de colada y la norma aplicable.
• Análisis de alimentación: Compruebe tamaño, distribución, humedad y registros de metales extraños para determinar si hubo impactos anormales.
• Revisión operativa: Compruebe perfil de cámara, ajuste de descarga, centrado de alimentación y nivel de llenado, sin suponer que la alimentación insuficiente sea la única causa.

No atribuya el fallo a material mal etiquetado ni a un único factor operativo hasta disponer de análisis químico, registros de tratamiento térmico, examen de fractura y registros operativos. Las comprobaciones y medidas correctoras incluyen:

1. Compare la calidad, el certificado de colada, la composición espectrométrica, los registros de tratamiento térmico y la dureza en los puntos especificados con el plano y la especificación de compra.
2. Evalúe si la retirada y detección de metales existentes se ajustan a los riesgos de la instalación. El equipo adicional requiere evaluar el proceso y la seguridad.
3. Compare distribución de alimentación, nivel de llenado, ajuste de descarga y estrategia de control con los requisitos del fabricante; después compruebe los ajustes mediante registros operativos.

Comprobación: en condiciones comparables, registre certificado de material, dureza, tonelaje acumulado, morfología del desgaste y agrietamiento de la pieza de ensayo, y compare con la pieza de referencia. No indique un porcentaje de aumento de vida útil sin registros de obra trazables.

Este ejemplo de diagnóstico muestra que ni una etiqueta ni una única lectura de dureza establecen la calidad. Evalúe conjuntamente composición espectrométrica, certificados de colada, registros de tratamiento térmico, dureza en los puntos especificados y norma aplicable.

Preguntas frecuentes

Integrar la selección

Comprender los mecanismos de fallo ayuda a tomar decisiones prácticas sobre costos y fiabilidad. Puntos clave:

1. Identifique el mecanismo antes de elegir una solución — la clasificación correcta es el primer paso hacia la prevención.
2. Adecúe los materiales al mecanismo de desgaste dominante — adaptar el material a las condiciones ayuda a reducir fallos prematuros. Consulte nuestra guía de selección de piezas de desgaste para trituradoras de cono
3. Compruebe el material suministrado — la dureza es una herramienta de cribado, no una identificación independiente de la calidad. Combínela con composición química, certificados de colada, tratamiento térmico y metalografía exigida por la especificación de compra. Consulte nuestra guía de inspección de calidad
4. Mantenga prácticas operativas constantes — la calidad del material no compensa un control deficiente de alimentación, protección insuficiente contra metales extraños ni mantenimiento deficiente.

Para analizar fallos de martillos, consulte nuestra guía de martillos para trituradoras de impacto. Contacte con nuestro equipo técnico para una consulta gratuita de análisis de fallos. Envíe fotografías de la pieza averiada para evaluar el mecanismo y recomendar comprobaciones adicionales y medidas correctoras.