Universidad Nacional Autónoma de México Facultad de Ingeniería Materiales ll Análisis de falla: tornillo de seguridad en remolque dolly de la empresa Pilgrim´s México. Equipo: Barrera Cortes Enrique. Castro Roa Jonathan. Cervantes Vázquez Jesús. Chávez Navarrete Hugo. Villegas Hernández Jorge Luis. Fecha: 29/09/2017 Semestre 2018-1 Análisis de falla: tornillo de seguridad en remolque dolly de la empresa Pilgrim´s México. Objetivo: Determinar el evento que llevó a la fractura del tornillo de seguridad que sujeta a la argolla del remolque dolly. Esto permitirá determinar el porqué de la falla, y como prevenir futuras fallas en este tipo de piezas. Etapas del estudio: ● Recopilación de información referente a la fractura de la pieza. ● Revisión dimensional y generación de planos de la pieza fracturada. ● Determinación de la fabricación de la pieza (materiales, proceso de fabricación y tratamientos térmicos). ● Inspección detallada de la pieza. ● Análisis detallado de la superficie de fractura. ● Estudio metalográfico, dureza. ● Análisis de los resultados y generación de conclusiones. ● Recopilación de información referente a la fractura de la pieza. Funciones del tornillo: En cada remolque Dolly, existe una pieza reemplazable llama argolla o dona, la cual es sujetada al remolque por 7 tornillos de seguridad. Cada uno de los tornillos es sujetado con una tuerca de seguridad. Los tornillos son reemplazados cada que la argolla es reemplazada. Argolla se conecta a un gancho, el cual también esta sujetado a su vez a la parte trasera de un remolque, por 10 tornillos de seguridad. Ambos elementos, argolla y gancho son los encargados de asegurar que se forme un conjunto llamado doble remolque o full. En este caso, el remolque dolly es el medio por el cual se unen dos remolques de 36 toneladas cada uno, los cuales son arrastrados por un tractocamión. Por cuestiones de seguridad, tanto el gancho como la argolla se remplazan cada que el diámetro tanto de la argolla como del gancho sufre un desgaste de 1/8 de pulgada. ● Revisión dimensional y generación de planos de la pieza fracturada. Características de la fractura del tornillo. Las unidades se muestran en milésimas de pulgada. ● Determinación de la fabricación de la pieza (materiales, proceso de fabricación y tratamientos térmicos). De acuerdo a la información proporcionada, se sabe que este tronillo es de seguridad, grado 8 y con recubrimiento de carbono. Análisis Micrográfico de la Pieza. Es apreciable a simple vista en las fotos que la causa de fractura de la pieza fue torsión por Fatiga, esto se nota en la figura dos que se ve el inicio de la expansión de la fractura y en la figura 1 se observa cómo se delimitan las onda con raíz en el costado izquierdo (Figura 1) y como cada vez el espacio entre ondas es más grande, un claro ejemplo de la fractura de torsión por fatiga. Figura 1.Figura 2.- Figura 3.Figura 4.- Descripción NORMA SAE Grado: 8 Carga de prueba- 120 Kpsi Esfuerzo de ruptura- 150 Kpsi Material y Tratamiento Térmico: Acero al carbón aleado, Templado y Revenido Marcado de la cabeza: NORMA ASTM Designación ASTM: A354 grado BD Carga de prueba: 120 Kpsi Esfuerzo de prueba: 150 Kpsi Material: Acero aleado, Templado y Revenido Marcado de la cabeza: Descripción del material y tratamientos térmicos: Acero aleado demedio carbono 4140-8740 Se utiliza en la fabricación de tornillos CAP Grado 8 y tornillos y espárragos de muy alta resistencia y para uso estructural, de acuerdo con las normas SAE-J-429, Grado 8, ASTM-A354, ASTM-A-490 Tipo 1, ASTM-A-193 Grados B7 y L7, ASTM-A-320 Grados B7M y L7M, DIN 267 Grados 10.9 y 12.9, SAE –J-1199 Grados 10.9 y 12.9. Tratamientos Térmicos Temple Es el enfriamiento controlado del acero desde una temperatura superior al punto crítico, producido por agua, aceite o aire, etc. El efecto es producir dureza, puesto que el enfriamiento controlado suprime la fase de transformación de la austenita a perlita, formándose en su lugar el constituyente duro llamado martensita. Revenido Es el tratamiento a relativamente baja temperatura, que se da a los aceros que han sido previamente templados. El revenido elimina tensiones producidas por la operación de temple, mejorando la ductilidad y la tenacidad del producto para obtener las propiedades mecánicas requeridas por las especificaciones. ● Estudio metalográfico. Para este primer análisis en estado de entrega del tornillo, se esperaba ver martensita revenida debido al tratamiento de bonificado que por la norma SAE J429 deben tener, para cumplir con las especificaciones técnicas de los pernos estructurales grado 5 y grado 8. Foto: Estado obtenido después del ataque con reactivo Nital, Acero norma SAE J429-Grado 8 a) 500X b) 1000X Y efectivamente se puede ver en la foto Martensita revenida que hace a los aceros más duros y mecánicamente resistentes, pero también más frágiles y menos dúctiles. La dureza de estos aceros depende del contenido en carbono; aun así, son más tenaces que los aceros perlíticos. La martensita es un compuesto ferrítico sobresaturado en carbono. Y bainita que resulta resistente a la fatiga y al desgaste por rodadura. ● Estudio de Dureza: Se realizaron varias pruebas de Dureza al material para verificar que coincidiera con el que nos da el fabricante que es 32 Rc, hicimos tres mediciones en las cuales se obtuvieron los siguientes datos en Rockwell ´C´: 35.1, 33.5 y 31.1 que en promedio sería 33.23. Esto indica que se tiene una dureza mayor a lo especificado por el proveedor lo cual es muy bueno y asegura que el fallo en la ruptura de la pieza no fue error de fabricación. ● Análisis de los resultados y generación de conclusiones. Después de haber realizado el proceso de metalografía a la pieza de estudio, se puede observar que la ruptura no se debió a una falla en los procesos de fabricación de dicho tornillo, ya que presenta una estructura y presencia de Martensita revenida en una distribución uniforme que es lo requerido para ser aprobado por la norma SAE J429 para tornillos de grado 8 para su producción. Conclusiones. Anteriormente a los estudios de metalografía realizados se podía observar en la pieza marcas de ruptura por torsión con lo cual se decidió realizar un estudio metalográfico para determinar si la falla se había originado por un error en la fabricación de la pieza, pero después de realizar dicho proceso y analizando las imágenes obtenidas se llegó a la conclusión que la pieza había sido elaborada de manera correcta. Esto no resolvía la pregunta principal, por lo cual se retomaron algunos puntos o criterios y entre los cuales se pudo ver que la pieza había fallado cerca del límite donde la tuerca llegó a su máximo punto con respecto a la cuerda del tornillo, cabe destacar que estos tornillos son utilizados para seguridad en conexiones en este caso en remolque dolly de la empresa Pilgrim´s México; por lo cual la tuerca también debe ser de seguridad, peculiarmente este tipo de tuercas son un poco difíciles de colocar, ya que la cuerda es especial para el tipo de tornillos y es muy difícil trasroscar. Al analizar el punto de la falla se pudo observar que la tuerca no había sido colocada correctamente, había sido forzada por la persona que la colocó y al parecer no lo noto o simplemente decidió ignorar esto, y la dejó en el punto máximo donde ya no pudo apretarla más… aparentemente quedó sujeto de manera aceptable el conjunto de piezas y se dejó así. Y como era de esperarse se tuvo una gran concentración de esfuerzos en esta pieza, tal vez no sobrepasó los niveles que por norma puede soportar este tornillo, pero no estaba operando de manera correcta y finalmente fallo. Otro factor que también fue determinante en la ruptura de la pieza, fue que debido a que es una pieza que se encuentra en la intemperie, es decir está expuesta a diferentes tipos de clima y condiciones que la llevaron a presentar formaciones de óxido, como bien se sabe, el óxido hace que el volumen de la pieza disminuya, aunque sea una porción demasiado pequeña, esto altera el área en una sección transversal, de tal manera que la cantidad de esfuerzos aumenta, y pese a que la pieza es sometida a carga cíclicas, los esfuerzos actúan con mayor fuerza en una área más reducida, por lo tanto, esto pudo influir mucho en que la pieza se fracturara. Recomendaciones El fallo se debió a la instalación deficiente de la pieza, a veces no se le da la importancia que debiera a las recomendaciones que aportan las normas para el buen funcionamiento de las piezas, y puede que a veces solo sean fallos menores que no afectan mucho, pero existen otros que pueden llegar a ser muy peligrosos para el funcionamiento de los equipos e incluso para la salud del personal operador de dichos equipos, siempre se debe tener muy en cuenta las normas para evitar este tipo de situaciones ya que finalmente afectan los procesos y esto involucra una serie de pérdidas ya sea materiales, económicas, y en el peor de los casos, pueden ser pérdidas humanas.
