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FLUENCIA EN CALIENTE
Los materiales son a menudo expuestos en servicio a
temperaturas
elevadas y tensiones mecnicas estticas (por ejemplo, rotores
en
turbinas de gases y en generadores de vapor que experimentan
fuerzas centrifugas, y en tuberas de vapor de alta presin). En
estas
circunstancias, la deformacin se denomina fluencia en caliente,
la
cual se define como la deformacin permanente y dependiendo
del
tiempo de los materiales cuando son sometidos a una tensin
constante; normalmente es un fenmeno 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
defusin).
fig.8.32: curva tpica de
fluencia mostrando la
deformacin en funcin
del tiempo a tensin
constante y a elevada
temperatura. Velocidad
mnima de fluencia /t es
la pendiente del segmento
lineal en la regin
secundaria. El tiempo a la
rotura t, es el tiempo total
a la rotura.
COMPORTAMIENTO BAJO FLUENCIA EN CALIENTE
Un ensayo tpico de la fluencia en caliente consiste en someter
una
probeta a una carga constante mientras es mantenida a una
temperatura constante; se mide la deformacin y se representa
grficamente en funcin del tiempo. La mayora de los ensayos
se
realizan a carga constante, lo cual suministra informacin de
naturaleza tcnica; ensayos a tensin constante se llevan a cabo
para
obtener un mejor conocimiento de los mecanismos de la fluencia
en
caliente.
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En la figura 8.32 se esquematiza el comportamiento tpico de
los
metales bajo fluencia en caliente a carga constante. Al aplicar
la
carga se produce una deformacin instantnea, tal como se indica
en
la figura, la cual es principalmente elstica. La curva
resultante de
fluencia en caliente presenta tres regiones distintas, cada una
de las
cuales tiene sus propias caractersticas. 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 est experimentando
un
aumento en su resistencia a la fluencia, o sea, endurecimiento
por
deformacin, ya que la deformacin se hace ms difcil a medida
que
el material es deformado. En la fluencia secundaria, algunas
veces
denominada fluencia estacionaria, la velocidad es constante; o
sea, lagrfica se hace lineal. A menudo este estadio es el de ms
larga
duracin. 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 deformacin y la restauracin. Por
este
ltimo proceso, el material se hace ms blando y retiene su
capacidad para experimentar deformacin. Finalmente, en la
fluencia
terciaria, se produce una aceleracin 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
metalrgicos; por ejemplo, la separacin de los bordes de grano y
la
formacin de fisuras internas cavidades y huecos. Tambin, en
el
caso de fuerzas de traccin, se puede formar una estriccin del
rea
de la seccin recta efectiva y en un aumento de las velocidades
de
deformacin.
fig.8.33: influencia de la
tensin y de la temperatura T
sobre el comportamiento a
fluencia.
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En el caso de los metales, la mayora de los ensayos de fluencia
se
realizan atraccin uniaxial utilizando probetas con la misma
geometra que en el ensayo de traccin. Por otro lado, en el caso
de
los materiales frgiles es ms apropiado realizar ensayos con
probetas de compresin; con estas se puede medir mejor las
propiedades intrnsecas de fluencia ya que no hay amplificaciones
de
la tensin y tampoco propagacin de grietas tal como ocurre en
probetas de traccin. Las probetas de compresin son
normalmente
cilindros rectos o bien paraleleppedos con cocientes
longitud
dimetro entre 2 y 4. En la mayora de los materiales las
propiedades
de fluencia son independientes de la direccin de la aplicacin de
la
carga.
Probablemente el parmetro ms importante de un ensayo de
fluencia
en caliente sea la pendiente de la porcin de fluencia
secundaria
(/t en la figura 8.32): lo cual a menudo se denomina
velocidad
mnima de fluencia o velocidad de fluencia estacionaria s. Este
es el
parmetro de diseo utilizado en ingeniera para aplicaciones de
vida
larga, tales como un componente de una central nuclear que
est
proyectada para funcionar durante varias dcadas, es decir,
cuando
la rotura o una deformacin excesiva no son tolerables. Por otro
lado,
para situaciones de fluencia de vida corta, el tiempo a la
rotura t, es
la consideracin dominante de diseo. Desde luego para su
determinacin 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
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METODOS DE EXTRAPOLACION DE LOS RESULTDOS
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CONCLUSIONES
El estudio de la mecnica de fractura proporciona un
mejorconocimiento del proceso de fractura y permite disear
estructuras con una probabilidad de fallo mnima.
la fractura es una forma de rotura que ocurre para
cargasestticas aplicadas y a temperaturas relativamente bajas.
Las fracturas pueden ser dctiles o frgiles; ambos tipos
defractura implican la formacin y propagacin de grietas. En el
caso de la fractura dctil, existe evidencia de amplia
deformacin plstica en la superficie de la fractura. En los
materiales frgiles, las grietas son inestables, y la superficie
dela fractura es relativamente plana y perpendicular a la
direccin
de la carga aplicada.
La fatiga es un tipo de fractura que conduce la
roturacatastrfica cuando se aplican cargas fluctuantes con el
tiempo.
para la fluencia transitoria (primaria), la velocidad
(pendiente)disminuye con el tiempo. la grfica se hace lineal
(velocidad de
deformacin constante) en la regin estacionaria (secundaria).
Finalmente, la deformacin se acelera en la fluencia
terciaria,
justo antes del fallo (rotura).
Los parmetros importantes de diseo que pueden extraerse deesta
curva son la velocidad de fluencia estacionaria (pendiente
de la regin lineal) y el tiempo a la rotura.
Tanto la temperatura como el nivel de tensiones influyen en
elcomportamiento a la fluencia en caliente. El aumento de
cualesquiera de estos parmetros produce los efectos
siguientes:
1. Aumento de la deformacin instantnea lineal.2. Aumento de la
velocidad de fluencia estacionaria.3. Disminucin del tiempo de
rotura.
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