Análisis de falla en servicio de válvulas de automotor

Abstract

El objetivo de este trabajo es realizar un análisis de falla de válvulas de automotor. A modo introductorio, se estudió el funcionamiento de un motor de combustión, a fin de comprender el papel que cumplen las válvulas. A raíz de esto se obtuvo un conocimiento general de las zonas de mayor compromiso térmico y mecánico. Obtenidas estas nociones, se comenzó con la ejecución de ensayos de laboratorio. En primera instancia se estudiaron dos piezas falladas, de las cuales se analizó su dureza superficial y su estructura metalúrgica (mediante lupa, microscopía óptica y SEM). Luego, se realizaron estos mismos ensayos sobre válvulas de otros fabricantes (BBB, Mahle y STH) con el fin de conocer sus características metalúrgicas y establecer un estándar de calidad que nos permita efectuar una comparación con las válvulas que fallaron en servicio. Los ensayos de laboratorio culminaron con un análisis metrológico de la muestra mediante el uso de un proyector de perfiles. El conocimiento de la geometría permitió hacer un modelo CAD de las válvulas falladas. A partir de estos modelos se realizó una simulación computacional con elementos finitos para determinar las tensiones y esfuerzos a los que está sometida la válvula en servicio, y conocer la influencia de los filetes como concentradores de tensiones. Finalmente se compararon los resultados de todas las muestras para sacar conclusiones de sus características en común y apreciar si hubo diferencias en la dureza o metalurgia que hayan podido producir la falla. Se analizaron los resultados del modelado por elementos finitos para inferir si hubo problemas de montaje, y cómo estos pueden llevar a un aumento considerable de las tensiones en las zonas fracturadas. Las micrografías obtenidas con SEM no mostraron marcas de estriaciones, con lo cual quedó en evidencia la ausencia de procesos de fatiga. A su vez, tanto el análisis microestructural como el de dureza demostraron que el material de las piezas que fallaron era apto para las condiciones esperadas. Se concluye que las válvulas fallaron debido a una sobrecarga, posiblemente adjudicable a un mal montaje. Mail de los autores Tosini, Juan Francisco <franciscotosini@gmail.com>; Sponer, Juan Ignacio <juanispone@gmail.com>