Guía para la selección de materiales de rodamiento comunes

La selección de materiales para rodamientos impacta directamente en la fiabilidad y vida útil de los sistemas mecánicos, requiriendo alineación con las condiciones operativas (carga, velocidad, entorno). Los materiales de rodamiento principales se clasifican en tres tipos: metálicos, no metálicos y metálicos porosos. A continuación, se presenta un análisis técnico de sus características y escenarios de aplicación.

I. Materiales Metálicos: Elección Principal para Soportar Cargas de Alta Resistencia

1. Aleaciones para Rodamientos (Aleaciones Babbitt/Metales Blancos)

• Composición y Estructura: Aleaciones de matriz blanda con estaño o plomo como base, que contienen granos duros de antimonio-estaño (Sb-Sn) y cobre-estaño (Cu-Sn).
• Ventajas Clave:
  • La matriz blanda proporciona alta ductilidad y conformabilidad, mientras que los granos duros mejoran la resistencia al desgaste;
  • Excepcional capacidad de embutido (permite que las partículas de impurezas se incrusten, evitando rayaduras en el muñón) y propiedades antiadhesivas al desgaste;
  • Buena conductividad térmica (reduce la acumulación de calor por fricción) y adsorción de aceite (mejora la lubricación).
• Limitaciones:
  ▪ Baja resistencia, requiriendo su uso como un revestimiento delgado (0.5–5mm) fundido sobre casquillos de rodamiento de bronce, acero o fundición;
  ▪ Alto costo, adecuado para aplicaciones de carga pesada y velocidad media con estrictos requisitos de lubricación (por ejemplo, turbinas de vapor, cigüeñales de motores de combustión interna).

2. Aleaciones de Cobre

• Tipos Típicos:
  ▶ Bronce al Estaño: Excelentes propiedades antifricción, utilizado en escenarios de carga pesada y velocidad media (por ejemplo, rodamientos de ejes de hélices marinas), pero con menor conformabilidad que las aleaciones para rodamientos;
  ▶ Bronce al Plomo: Alta capacidad antiagarrotamiento, adecuado para cargas pesadas y altas velocidades (por ejemplo, rodamientos de motores de aviones);
  ▶ Bronce al Aluminio: Alta resistencia y dureza, débil antiagarrotamiento, utilizado en cargas pesadas y bajas velocidades (por ejemplo, rodamientos de maquinaria minera).
• Ventajas Comunes: Mayor dureza y capacidad de carga que las aleaciones para rodamientos, ofreciendo una mejor rentabilidad.

3. Aleaciones a Base de Aluminio

• Características Técnicas:
  • Baja densidad (aproximadamente 1/3 de las aleaciones de cobre), fuerte resistencia a la corrosión y alta resistencia a la fatiga;
  • Pueden fabricarse como componentes monometálicos o estructuras bimetálicas (revestimiento a base de aluminio + respaldo de acero), reemplazando algunas aleaciones para rodamientos y bronces.
• Aplicaciones: Rodamientos de motores automotrices, rodamientos de compresores en escenarios de carga media y alta velocidad.

4. Fundición de Hierro (Fundición Gris/Fundición Resistente al Desgaste)

• Mecanismo de Refuerzo: Las escamas de grafito (laminares o nodulares) forman una capa lubricante sólida, adsorbiendo lubricantes para mejorar la lubricación límite.
• Restricciones:
  ▪ Frágil con poca conformabilidad, solo adecuado para aplicaciones de baja carga y baja velocidad (por ejemplo, maquinaria agrícola, rodamientos de herramientas manuales);
  ▪ Requiere lubricación, no adecuado para entornos de carga de impacto.

II. Materiales No Metálicos: Soluciones para Entornos Especiales

1. Materiales Poliméricos (Plásticos)

• Tipos Comunes:
  ▶ Resina Fenólica: Resistencia a altas temperaturas (150℃), alta resistencia, utilizada en rodamientos de cajas de cambios;
  ▶ Nailon (PA): Buena autolubricación, absorción de impactos, adecuado para entornos polvorientos;
  ▶ Politetrafluoroetileno (PTFE): Coeficiente de fricción extremadamente bajo (0.04), resistencia a la corrosión, operable sin lubricación.
• Limitaciones de Aplicación:
  ▪ Mala conductividad térmica (1/200 del acero), requiriendo control de la velocidad de funcionamiento (≤0.5m/s) y la presión (≤3MPa);
  ▪ Alto coeficiente de expansión lineal (10 veces el del acero), requiriendo holguras de ajuste 2–3 veces mayores que los rodamientos metálicos;
  ▪ Baja resistencia y propenso a la fluencia, no adecuado para rodamientos de holgura de precisión.

2. Materiales de Carbono-Grafito

• Ventajas de Rendimiento:
  • La autolubricación se basa en el vapor de agua adsorbido y lubricantes impregnados (por ejemplo, metales, PTFE, disulfuro de molibdeno);
  • Resistencia a altas temperaturas (más de 600℃), resistencia a la corrosión, adecuado para entornos de vacío o fuertemente corrosivos (por ejemplo, rodamientos de bombas químicas).
• Propiedad del Material: Un mayor contenido de grafito conduce a una menor dureza y un menor coeficiente de fricción (tan bajo como 0.08).

3. Caucho y Madera

• Caucho: Alta elasticidad, adsorción de impurezas, utilizado en entornos lubricados con agua o contaminados (por ejemplo, rodamientos de equipos de tratamiento de aguas residuales);
• Madera: Estructura porosa para la impregnación de aceite, adecuado para entornos polvorientos (por ejemplo, maquinaria textil, rodamientos de maquinaria agrícola), requiriendo tratamiento superficial para mejorar la resistencia al desgaste.

III. Materiales Metálicos Porosos: Óptimos para Escenarios Autolubricantes

1. Principio del Material

• Proceso de Fabricación: Los polvos metálicos (principalmente hierro/bronce) se prensan y sinterizan en una estructura porosa (porosidad 10%–35%), saturada con aceite antes de su uso para formar rodamientos impregnados de aceite.
• Mecanismo de Lubricación:
  ▶ Durante el funcionamiento: La rotación del muñón y el aumento de la temperatura liberan aceite de los poros a la superficie de fricción;
  ▶ Durante el apagado: La acción capilar atrae el aceite de vuelta al rodamiento, permitiendo la autolubricación periódica.

2. Materiales y Aplicaciones Típicas

• Hierro Poroso: Mayor resistencia, utilizado en escenarios de carga media y baja velocidad, como revestimientos de molinos, rodamientos de árboles de levas de motores de combustión interna;
• Bronce Poroso: Buena resistencia al desgaste, adecuado para ventiladores eléctricos, maquinaria textil y rodamientos de generadores automotrices (carga ≤10MPa, velocidad ≤2m/s).
• Recomendaciones de Uso: Reposición regular de aceite para un rendimiento óptimo, no adecuado para cargas de impacto o altas velocidades (>3m/s).

Referencia de Decisión de Selección

Conclusión

1. Carga pesada y alta velocidad: Priorizar las aleaciones para rodamientos o el bronce al plomo con sistemas de lubricación forzada;
2. Entornos corrosivos/sin aceite: Utilizar plásticos PTFE o materiales de carbono-grafito, intercambiando algo de capacidad de carga por adaptabilidad ambiental;
3. Autolubricación de bajo costo: Los materiales metálicos porosos son ideales para escenarios de baja velocidad y baja carga.
   Al evaluar exhaustivamente parámetros como la carga, la velocidad, la temperatura y los medios ambientales, y combinar las propiedades físico-mecánicas del material con el costo, la vida útil de los rodamientos y la fiabilidad operativa del equipo pueden mejorarse significativamente.