FLUENCIA Y RELAJACIÓN DE TENSIONES

FLUENCIA Y RELAJACIÓN DE TENSIONES La fluencia se puede definir como la deformación plástica (permanente) que tiene lugar a una temperatura elevada bajo carga constante y durante un largo periodo de tiempo.

En la curva de fluencia típica observamos 3 etapas: 

La primera etapa esta caracterizada por una velocidad de deformación (pendiente de la curva ε -t) decreciente. El aumento relativamente rápido de la longitud durante este periodo inicial es el resultado directo de unos mejores mecanismos de deformación. Un ejemplo es el trepado de dislocaciones.

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La segunda etapa de la deformación de por fluencia se caracteriza por ser una línea recta, correspondiente a valores de deformación constante. En esta zona, la mayor facilidad de deslizamiento debida a la formación de apilamientos de dislocaciones y otras barreras microestructurales.

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En la tercera etapa final, la velocidad de deformación aumenta debido al incremento de la tensión verdadera. Este aumento es el resultado de la reducción del área transversal por estricción o agrietamiento interno. En algunos casos, la rotura tiene lugar en la etapa secundaria, por lo que se elimina la última etapa.

La curva de fluencia varía con los cambios de tensión aplicada y temperatura de ensayo. La fluencia tiene la naturaleza de un proceso activado térmicamente lo cual la hace otro ejemplo de comportamiento según la ley de Arrhenius. Una demostración de esta idea es que la representación gráfica del logaritmo de la velocidad de fluencia estacionaria ( ) de la etapa secundaria, frente al inverso de la temperatura absoluta, es una representación de Arrhenius.

Este comportamiento según la ley de Arrhenius nos es de utilidad para realizar predicciones y encontrar el valor de la energía de activación:

donde C es una constante pre exponencial, R la constante universal de los gases y T es la temperatura absoluta. La velocidad de deformación de la etapa secundaria ( ) y el tiempo que transcurre hasta la rotura por fluencia (t) proporcionan una rápida caracterización del comportamiento a fluencia.

Las representaciones gráficas de dichos parámetros junto con la tensión aplicada (σ) y la temperatura (T) proporcionan otro conjunto de datos de utilidad para los ingenieros encargados de la selección de materiales para servicio a alta temperatura.

La fluencia es probablemente más importante en los cerámicos que en los propios metales debido a que están más extendidas las aplicaciones a altas temperaturas. El papel de los mecanismos de difusión de la fluencia en los cerámicos es más complicado que en el caso de los metales porque la difusión generalmente la

difusión es más compleja que en los cerámicos. El requisito de neutralidad de carga y las diferentes difusividades de aniones y cationes contribuyen a esta complejidad. La consecuencia es que los bordes de grano suelen desempeñar un papel importante en la fluencia de los cerámicos. En la siguiente tabla observamos los temperatura dada para los cerámicos.

datos de velocidad de fluencia a una

En los metales y cerámicos la deformación por fluencia es un fenómeno importante a alta temperatura, mientras que en los polímeros la fluencia es un parámetro de diseño significativo debido a sus relativamente bajas temperaturas de fusión.

Un fenómeno relacionado, la relajación de tensiones, es también un factor a considerar en el diseño con polímeros. Un ejemplo conocido es el de las gomas elásticas de caucho, que sometidas a tensión durante largos periodos de tiempo, no recuperan su tamaño original al retirar la carga.

La deformación por fluencia supone que el material experimente una deformación creciente con el tiempo, bajo la acción de tensiones supone una disminución de la tensión con el tiempo en los polímeros, manteniendo constante la deformación. El mecanismo de la relajación de tensiones es el flujo viscoso, transformando éste parte de la deformación elástica en deformación plástica no recuperable. La relajación de tensiones se caracteriza mediante el tiempo de relajación, , definido como el tiempo necesario para que la tensión (σ) disminuya hasta un 0.37 (1/e) de la tensión inicial (σ 0). La disminución exponencial de la tensión con el tiempo (t) está dada por

En general, la relajación de tensiones es un fenómeno de Arrhenius, como era la fluencia en los metales y los cerámicos. La forma de la expresión de Arrhenius para la relajación de tensiones es:

donde C es una constante pre exponencial, Q es la energía de activación (por mol), R es la constante universal de los gases y T es la temperatura absoluta.