Abrasive Wear Performance of Fe₂B Layers Applied on Steel Substrates

The resistance of dry abrasive wear in Fe2B layer deposited on AISI D2 and 1040 steel substrates, using the powder-pack boriding process, was evaluated. The boriding process was carried out at temperatures of 1220 and 1320 K for a time of 8 h. A Rockwell hardness tester was used to assess the Daimler-Benz adhesion test. The abrasive wear tests were carried out in dry conditions according to the ASTM G65 test standard. The test parameters used were a sand flow of 400 g/min, a nominal rubber wheel constant rotation of 200 rpm, a load of 122 N, and a sliding distance of 716.28 m. The type of abrasive used was steel round grit with a grain size of 260 μm and a hardness of 1100 HV. The total time for each test was 30 min, removing the specimens every 5 min to determine the amount of mass loss using an analytical balance (sensitivity of 0.0001 g). The average value of volume loss and wear rates is reported. Optical microscopy and SEM were carried out in order to identify the wear mechanisms. The wear mechanisms presented in this study were two-body abrasive wear, pitting action, and plastic deformation

Análisis experimental del desgaste entre UHMWPE y acero inoxidable 316l empleados en la manufactura de prótesis coxofemorales

Título en inglés: Experimental wear analysis of UHMWPE and stainless 316l used in the manufacturing of coxofemoral prosthesis. Resumen La causa más común de falla en prótesis coxofemorales es el aflojamiento entre los componentes que conforman el sistema, de manera específica la copa acetabular y la cabeza femoral. En esta investigación se presenta un análisis tribológico del desgaste en los componentes mencionados, ya que cuando las superficies en contacto se desgastan, la funcionalidad mecánica del sistema se compromete, debido al cambio de geometría de los mismos, dando como resultado un juego mecánico entre la copa y la cabeza. Los materiales considerados en este estudio son el polietileno de ultra elevado peso molecular (UHMWPE, por sus siglas en inglés) para la copa acetabular, y acero inoxidable 316L para la cabeza femoral. Esta combinación de materiales representa hoy en día la recomendación más usual por parte de los cirujanos para pacientes de la tercera edad. La tasa anual de desgaste se determinó de manera experimental y se cuantificó la cantidad de material desprendido durante el contacto. Se establecieron las condiciones de carga de forma analítica, considerando las que actúan sobre la cabeza femoral a lo largo del área de desgaste durante la marcha humana. Posteriormente, se realizó el análisis experimental de desgaste utilizando una máquina tribológica de configuración perno-sobre-disco (pin-on-disk), diseñada de manera específica para este estudio. Las pruebas para determinar la pérdida volumétrica de los componentes se realizaron bajo tres condiciones de operación: en seco, lubricada con agua destilada y lubricada con suero bovino. El marco experimental considerado consistió en pernos de UHMWPE sobre discos de acero inoxidable 316L simulando el desgaste equivalente a diez años de uso de la prótesis. Finalmente, de los resultados obtenidos se puede establecer que el desgaste y la cantidad de partículas desprendidas disminuyen considerablemente cuando se utiliza suero bovino como lubricante para replicar las condiciones reales de operación del sistema por tener propiedades muy semejantes a las del fluido sinovial presente en la articulación de la cadera. El caso seco representó el peor escenario en donde se produce mayor daño. Palabras clave: pruebas pin-on-disk, copa acetabular, cabeza femoral, suero bovino, tasa anual de desgaste, coeficientes de fricción. Abstract The most common cause of failure in coxofemoral prostheses is the loosening between the components of the system, namely the acetabular cup and the femoral head. In this work a tribologic analysis of wear suffered in the components is presented, due to when the surfaces in contact are worn, the mechanical function of the system is compromised as the wearing implies a change in the geometry of the components, thus in their dimensions, resulting on a looseness between the cup and the head. The materials considered in this study are Ultra High Molecular Weight Polyethylene (UHMWPE) for the cup and 316L Stainless Steel for the femoral head, which represent the surgeons choice for elderly patients. The annual wearing rate between these components was experimentally determined, as well as the amount of debris produced during contact. Firstly, the loading conditions were determined analytically considering those acting on the femoral head taking into consideration the wearing area during human walk. Secondly, the experimental analysis consisted in wearing tests using a tribology pin-on-disk machine, specifically built for this study. The tests to determine the volumetric loss of the components were performed under three different operational conditions: dry, lubricated with bovine serum and lubricated with destilated water. The experimental set up consisted on UHMWPE pins and 316L Stainless steel discs simulating the equivalent wear of ten years of usage of the prostheses. Lastly, the obtained results proved that using the bovine serum as lubricant the wear and debris of the components was significantly reduced when compared with other cases, being the dry scenario where more damage was produced. It is important to point out that the bovine serum was chosen to simulate the synovial fluid in which the system is embedded. Key words: Test Pin-on-Disk, acetabular cup, femoral head, bovine serum, anual wearing

Galling wear between ASTM 6061 aluminum and grade D2 tool steel

In the automotive industry, galling is a huge problem either for the tool life or the quality of the stamping metal compo nent. Galling is a severe form of scuffing associated with gross damage to the surface or failure. This work aims to carry out a series of experiments of galling tests at different loads and similar roughness with 6061 aluminum and D2 steel, common materials used in automotive components and tools respectively. A tribometer was employed to generate Galling wear, the button-on-button configuration, according to the ASTM G-196-08 standard. The results show the threshold of minimum load without galling wear. Post-test-surface analysis of the specimens was conducted by confocal microscopy to identify the damage generated during the wear tests. Additionally, a couple of friction tests were carried only to illustrate the friction coefficient behavior under galling conditions.Fil: Martínez Méndez, Erick. Instituto Politécnico Nacional; MéxicoFil: Antonio Aguirre, Daniel. Instituto Politécnico Nacional; MéxicoFil: Vite Torres, Manuel. Instituto Politécnico Nacional; MéxicoFil: Márquez Santiago, José F.. Instituto Politécnico Nacional; MéxicoFil: Tuckart, Walter Roberto. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Bahía Blanca. Instituto de Física del Sur. Universidad Nacional del Sur. Departamento de Física. Instituto de Física del Sur; ArgentinaFil: Gallardo Hernández, Ezequiel Alberto. Instituto Politécnico Nacional; Méxic

Análisis del desgaste de la articulación cabeza femoral-copa acetabular mediante simulación experimental con máquina perno-disco

Este trabajo presenta un estudio que permite establecer la vida útil esperada de un sistema prostético de cadera para el caso del fenotipo mexicano. En primera instancia se determinó la distancia total equivalente de deslizamiento y las condiciones de carga entre el componente femoral y la copa acetabular bajo condiciones normales de carga. Posteriormente, se desarrolló una simulación experimental para la realización de un ensayo tribológico en una máquina de desgaste del tipo Perno sobre Disco (Pin on Disk, POD). Este ensayo sometió al conjunto fabricado en acero inoxidable AISI-ASTM 316L, las probetas del componente femoral y polietileno de alta densidad, el componente acetabular, a condiciones de desgaste equivalentes a un uso cotidiano de diez años. Con respecto a la distribución de las cargas por aplicar en el desarrollo experimental, se empleó el método del elemento finito para realizar una simulación numérica de las condiciones de operación del conjunto y así determinar los esfuerzos correspondientes en la zona de interés. El ensayo tribológico realizado permitió evaluar la pérdida volumétrica de materiales del sistema analizado. Al comparar los resultados obtenidos con los reportados en la literatura, se puede establecer que en principio se valida el procedimiento planteado en este trabajo, lo que permitirá establecer con certidumbre la vida esperada de una prótesis de cadera. Se propone desarrollar un trabajo posterior que valida estadísticamente la metodología propuesta. Palabras clave: vida útil; componente femoral; copa acetabular; fenotipo mexicano; configuración Perno-Disco (POD

Wear analysis by applying a pin-disc configuration to phemoral head and acetabular cup

This work determines a prosthetic hip system’s life-span, focusing on a Mexican phenotype. The total sliding equivalent distance for the system was determined, as well as the loading regime under which the femoral component and the acetabular cup were subjected in normal operating conditions. An experimental tribology essay was then performed to simulate the wearing of the components in a Pin over Disc machine. This assay (for which the test specimens were manufactured in medical grade stainless steel AISI-ASTM 316L for the femoral component and high density polyethylene for the acetabular cup) was aimed at simulating wear conditions involved in 10 years of continuous operation. A numerical simulation of operational conditions (using the finite element method) was performedIn for establishing assay loading conditions to accurately determine where the loads should be applied. The tribology assay led to quantifying the volumetric loss of materials for the system being analysed. It can be concluded that the methodology proposed in this work for estimating the life-span of a prosthetic hip system was valid and accurate by comparing the results with those found in the literature. A statistical validation of the proposed method is plaaned for the future. Key words: Design life; femoral component; acetabular cup; Mexican phenotype; pin-disc configuration.Este trabajo presenta un estudio que permite establecer la vida útil esperada de un sistema prostético de cadera para el caso del fenotipo mexicano. En primera instancia se determinó la distancia total equivalente de deslizamiento y las condiciones de carga entre el componente femoral y la copa acetabular bajo condiciones normales de carga. Posteriormente, se desarrolló una simulación experimental para la realización de un ensayo tribológico en una máquina de desgaste del tipo Perno sobre Disco (Pin on Disk, POD). Este ensayo sometió al conjunto fabricado en acero inoxidable AISI-ASTM 316L, las probetas del componente femoral y polietileno de alta densidad, el componente acetabular, a condiciones de desgaste equivalentes a un uso cotidiano de diez años. Con respecto a la distribución de las cargas por aplicar en el desarrollo experimental, se empleó el método del elemento finito para realizar una simulación numérica de las condiciones de operación del conjunto y así determinar los esfuerzos correspondientes en la zona de interés. El ensayo tribológico realizado permitió evaluar la pérdida volumétrica de materiales del sistema analizado. Al comparar los resultados obtenidos con los reportados en la literatura, se puede establecer que en principio se valida el procedimiento planteado en este trabajo, lo que permitirá establecer con certidumbre la vida esperada de una prótesis de cadera. Se propone desarrollar un trabajo posterior que valida estadísticamente la metodología propuesta. Palabras clave: vida útil; componente femoral; copa acetabular; fenotipo mexicano; configuración Perno-Disco (POD

Wear analysis by applying a pin-disc configuration to phemoral head and acetabular cup Análisis del desgaste de la articulación cabeza femoral–copa acetabular mediante simulación experimental con máquina perno-disco

This work determines a prosthetic hip system’s life-span, focusing on a Mexican phenotype. The total sliding equivalent distance for the system was determined, as well as the loading regime under which the femoral component and the acetabular cup were subjected in normal operating conditions. An experimental tribology essay was then performed to simulate the wearing of the components in a Pin over Disc machine. This assay (for which the test specimens were manufactured in medical grade stainless steel AISI-ASTM 316L for the femoral component and high density polyethylene for the acetabular cup) was aimed at simulating wear conditions involved in 10 years of continuous operation. A numerical simulation of operational conditions (using the finite element method) was performedIn for establishing assay loading conditions to accurately determine where the loads should be applied. The tribology assay led to quantifying the volumetric loss of materials for the system being analysed. It can be concluded that the methodology proposed in this work for estimating the life-span of a prosthetic hip system was valid and accurate by comparing the results with those found in the literature. A statistical validation of the proposed method is plaaned for the future.&#13; &#13; Key words: Design life; femoral component; acetabular cup; Mexican phenotype; pin-disc configuration.<br>Este trabajo presenta un estudio que permite establecer la vida útil esperada de un sistema prostético de cadera para el caso del fenotipo mexicano. En primera instancia se determinó la distancia total equivalente de deslizamiento y las condiciones de carga entre el componente femoral y la copa acetabular bajo condiciones normales de carga. Posteriormente, se desarrolló una simulación experimental para la realización de un ensayo tribológico en una máquina de desgaste del tipo Perno sobre Disco (Pin on Disk, POD). Este ensayo sometió al conjunto fabricado en acero inoxidable AISI-ASTM 316L, las probetas del componente femoral y polietileno de alta densidad, el componente acetabular, a condiciones de desgaste equivalentes a un uso cotidiano&#13; de diez años. Con respecto a la distribución de las cargas por aplicar en el desarrollo experimental, se empleó el método del elemento finito para realizar una simulación numérica de las condiciones de operación del conjunto y así determinar los esfuerzos correspondientes en la zona de interés. El ensayo tribológico realizado permitió evaluar la pérdida volumétrica de materiales del sistema analizado. Al comparar los resultados obtenidos con los reportados en la literatura, se puede establecer que en principio se valida el procedimiento planteado en este trabajo, lo que permitirá establecer con certidumbre la vida esperada de una prótesis de cadera. Se propone desarrollar un trabajo posterior que valida estadísticamente la metodología propuesta.&#13; &#13; Palabras clave: vida útil; componente femoral; copa acetabular; fenotipo mexicano; configuración Perno-Disco (POD

Revista Temas Agrarios Volumen 26; Suplemento 1 de 2021

1st International and 2nd National Symposium of Agronomic Sciences: The rebirth of the scientific discussion space for the Colombian Agro.1 Simposio Intenacional y 2 Nacional de Ciencias Agronómicas: El renacer del espacio de discusión científica para el Agro colombiano