FLUENCIA EN CALIENTE Los materiales son a menudo expuestos en servicio a temperaturas elevadas y tensiones mecánicas estáticas (por ejemplo, rotores en turbinas de gases y en generadores de vapor que experimentan fuerzas centrifugas, y en tuberías de vapor de alta presión). En estas circunstancias, la deformación se denomina fluencia en caliente, la cual se define como la deformación permanente y dependiendo del tiempo de los materiales cuando son sometidos a una tensión constante; normalmente es un fenómeno no deseable que a menudo es el factor que limita el tiempo de servicio de una pieza. Se produce en todo tipo de materiales; en los metales es importante solamente a temperaturas superiores a 0,4Tm (Tm = temperatura absoluta de fusión). fig.8.32: curva típica de fluencia mostrando la deformación en función del tiempo a tensión constante y a elevada temperatura. Velocidad mínima de fluencia
∆ɛ/∆t
es
la pendiente del segmento lineal en la región secundaria. El tiempo a la rotura t, es el tiempo total a la rotura.
COMPORTAMIENTO BAJO FLUENCIA EN CALIENTE Un ensayo típico de la fluencia en caliente consiste en someter una probeta a una carga constante mientras es mantenida a una temperatura constante; se mide la deformación y se representa gráficamente en función del tiempo. La mayoría de los ensayos se realizan a carga constante, lo cual suministra información de naturaleza técnica; ensayos a tensión constante se llevan a cabo para obtener un mejor conocimiento de los mecanismos de la fluencia en caliente.
En la figura 8.32 se esquematiza el comportamiento típico de los metales bajo fluencia en caliente a carga constante. Al aplicar la carga se produce una deformación instantánea, tal como se indica en la figura, la cual es principalmente elástica. La curva resultante de fluencia en caliente presenta tres regiones distintas, cada una de las cuales tiene sus propias características. La fluencia primaria o transitoria ocurre en primer lugar, y se caracteriza por una velocidad de fluencia decreciente, es decir, la pendiente de la curva disminuye con el tiempo. Esto sugiere que el material está experimentando un aumento en su resistencia a la fluencia, o sea, endurecimiento por deformación, ya que la deformación se hace más difícil a medida que el material es deformado. En la fluencia secundaria, algunas veces denominada fluencia estacionaria, la velocidad es constante; o sea, la gráfica se hace lineal. A menudo este estadio es
el de más larga
duración. El hecho que la velocidad de fluencia sea constante se explica sobre la base de u balance entre dos procesos que compiten, como el endurecimiento por deformación y la restauración. Por este último proceso, el material se hace más blando y retiene su capacidad para experimentar deformación. Finalmente, en la fluencia terciaria, se produce una aceleración de la velocidad de fluencia y la rotura final. Este tipo de rotura se denomina frecuentemente ruptura y se produce debido a cambios micro estructurales y/o a cambios metalúrgicos; por ejemplo, la separación de los bordes de grano y la formación de fisuras internas cavidades y huecos. También, en el caso de fuerzas de tracción, se puede formar una estricción del área de la sección recta efectiva y en un aumento de las velocidades de deformación.
fig.8.33: tensión
σ
sobre
el
fluencia.
influencia
de
la
y de la temperatura T comportamiento
a
En el caso de los metales, la mayoría de los ensayos de fluencia se realizan
atracción
uniaxial
utilizando
probetas
con
la
misma
geometría que en el ensayo de tracción. Por otro lado, en el caso de los materiales frágiles es más apropiado realizar ensayos con probetas de compresión; con estas se puede medir mejor las propiedades intrínsecas de fluencia ya que no hay amplificaciones de la tensión y tampoco propagación de grietas tal como ocurre en probetas de tracción. Las probetas de compresión son normalmente cilindros rectos o bien paralelepípedos con cocientes longitud
–
diámetro entre 2 y 4. En la mayoría de los materiales las propiedades de fluencia son independientes de la dirección de la aplicación de la carga. Probablemente el parámetro más importante de un ensayo de fluencia en caliente sea la pendiente de la porción de fluencia secundaria (∆ɛ/∆t en la figura 8.32): lo cual a menudo se denomina velocidad mínima de fluencia o velocidad de fluencia estacionaria
έs.
Este es el
parámetro de diseño utilizado en ingeniería para aplicaciones de vida larga, tales como un componente de una central nuclear que está proyectada para funcionar durante varias décadas, es decir, cuando la rotura o una deformación excesiva no son tolerables. Por otro lado, para situaciones de fluencia de vida corta, el tiempo a la rotura t, es la
consideración
dominante
de
diseño.
Desde
luego
para
su
determinación los ensayos de fluencia deben ser realizados hasta la fractura. Estos ensayos se denominan ensayos de ruptura por fluencia.
INFLENCIA DE LA TENSION Y DE LA TEMPERATURA
METODOS DE EXTRAPOLACION DE LOS RESULTDOS
ALEACIONES PARA LA UTILIZACION A TEMPERATURAS ELEVADAS
EJERCICIO
CONCLUSIONES
El estudio de la mecánica de fractura proporciona un mejor conocimiento
del
proceso
de
fractura
y
permite
diseñar
estructuras con una probabilidad de fallo mínima.
la fractura es una forma de rotura que ocurre para cargas estáticas aplicadas y a temperaturas relativamente bajas.
Las fracturas pueden ser dúctiles o frágiles ; ambos tipos de fractura implican la formación y propagación de grietas. En el caso
de
la
fractura
dúctil ,
existe
evidencia
de
amplia
deformación plástica en la superficie de la fractura. En los materiales frágiles , las grietas son inestables, y la superficie de la fractura es relativamente plana y perpendicular a la dirección de la carga aplicada.
La fatiga es un tipo de fractura que conduce
la rotura
catastrófica cuando se aplican cargas fluctuantes con el tiempo.
para la fluencia transitoria (primaria), la velocidad (pendiente) disminuye con el tiempo. la gráfica se hace lineal (velocidad de deformación constante) en la región estacionaria (secundaria). Finalmente, la deformación se acelera en la fluencia terciaria, justo antes del fallo (rotura).
Los parámetros importantes de diseño que pueden extraerse de esta curva son la velocidad de fluencia estacionaria (pendiente de la región lineal) y el tiempo a la r otura.
Tanto la temperatura como el nivel de tensiones influyen en el comportamiento a la fluencia en caliente. El aumento de cualesquiera
de
estos
parámetros
produce
los
efectos
siguientes: 1. Aumento de la deformación instantánea lineal. 2. Aumento de la velocidad de fluencia estacionaria. 3. Disminución del tiempo de rotura.
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