1/16 Descripción de Termo-fluencia & Falla por termo-fluencia (Ejemplos)
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Descripción de Termo-fluencia
&
Falla por termo-fluencia (Ejemplos)
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Termo-fluencia = CREEP
Es cualquier deformación inelástica permanente que ocurre
cuando un material es sometido a un esfuerzo sostenido en un
cierto tiempo y en un rango de temperatura definida.
Introducción
Puede producir
cambios
suficientemente
grandes en las
dimensiones de un
componente como
para inutilizarlo o
fracturarlo
Las fallas por CREEP dependen
de la aleación, la exposición
tiempo-temperatura, condiciones
de carga, geometría, factores
metalúrgicos y entorno de
trabajo
Figura 1.- Daño por CREEP
(flexión) en un alabe de turbina
de aleación base cobalto por
sobre-calentamiento
Figura 2.- Grieta por
CREEP en un alabe
de turbina
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Termo-fluencia = CREEP
Ocurre en cualquier metal o aleación a una temperatura en la que
los átomos se vuelven los suficientemente móviles para permitir
un reacomodo tiempo-dependiente de su estructura.
Introducción
Se considera que en un metal este comportamiento inicia en 0.3 – 0.5 TM
Tabla 1.- Temperaturas aproximadas del inicio del comportamiento CREEP de algunos
metales y aleaciones
Sin embargo, en los diseños debe determinarse la temperatura a la cual la
resistencia mecánica de cada metal o aleación, esta limitada por CREEP
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Termo-fluencia = CREEP
Introducción
Tabla 2.- Materiales típicos y temperaturas de aplicación de algunas aleaciones resistentes
al CREEP
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Descripción del comportamiento general por CREEP
Las curvas de deformación por CREEP de una prueba de carga constante
describen típicamente (pero no siempre) tres etapas:
• Primera etapa. CREEP primario.- es la región de
deformación elástica instantánea inicial de la carga
aplicada, seguida por una región de deformación plástica
creciente a una velocidad de deformación decreciente.
• Segunda etapa. CREEP secundario.- la deformación por
CREEP es constante a una velocidad mínima de
CREEP. Esta región es llamada de el estado de
equilibrio de CREEP, debido a que la velocidad de
deformación es constante en un intervalo de tiempo.
• Tercera Etapa. Tertiary CREEP.- en esta región de la
curva se observa un incremento drástico en la velocidad
de deformación por CREEP con una rápida extensión
hasta la fractura.
En una prueba de esfuerzo constante no se observa el
comportamiento terciario.
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Descripción fenomenológica del CREEP
Como resultado de cientos de investigaciones independientes, el CREEP puede ser
descrito en forma simple, para una variedad de materiales que exhiben de igual
forma una variedad de mecanismos, por la siguiente ecuación:
Donde:
A, Constante del material
n, Esfuerzo
G, Modulo elástico de cortante
Qc, Energía de activación para el CREEP
Se ha observado que la energía de activación para el CREEP es la misma que
para la difusión por lo que el termino (–Qc/kT) es remplazado por la difusividad, D,
del material
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Cambios micro estructurales durante el CREEP
Cambios micro estructurales durante el CREEP
• Deslizamiento de bandas
• Deslizamiento de las fronteras de granos
• Formación y crecimiento de cavidades
• Agrietamiento
• Grafitización «in situ» de las aleaciones base hierro
La extensión de estos cambios es generalmente mayor cerca de los
sitios de fractura comparadas con otras regiones
La exposición prolongada a condiciones de CREEP pueden producir
cambios micro estructurales como:
• Precipitación de nuevas fases
• Disolución o crecimiento de fases deseadas
• Crecimiento de granos
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Esfuerzo de Ruptura
Las pruebas de esfuerzo a la ruptura evalúan la resistencia a la ruptura
mediante la determinación del tiempo a la fractura como función de la
temperatura y el esfuerzo aplicado.
Figura 4.- Grafica logarítmica de
esfuerzo-ruptura vs tiempo de ruptura de
la aleación Co-Cr-Ni S-590
Figura 5.- Relación de la elongación y tiempo de
ruptura para un aleación Co-Cr-Ni S-590
probada a dos temperaturas a diferentes
esfuerzos
Elongación total: elongación en la fractura
Elongación verdadera: elongación al final de la segunda etapa del CREEP
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Esfuerzo de Ruptura
Tabla 3.- Ductilidad típica a temperaturas elevadas de un acero de baja aleación
y un acero inoxidable tipo 316
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Ejemplos de fallas por CREEP
Figura 1.- Daño por CREEP
(flexión) en un alabe de turbina
de aleación base cobalto por
sobre-calentamiento
Figura 2.- Grieta por CREEP en un alabe
de turbina
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Ejemplos de fallas por CREEP
Figura 3.- Deformación típica por CREEP en un alabe de turbina de
avión. Se pueden apreciar las grietas inter-granulares que rodean a
la grieta principal
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Ejemplos de fallas por CREEP
Figura 4.- Esfuerzo de ruptura en un tubo de caldera.
(a) tubo fallado debido al esfuerzo de ruptura. (b) & (c)
vacíos de esfuerzo-ruptura cercanos a la fractura
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Ejemplos de fallas por CREEP
Figura 5.- Fractura longitudinal causada por CREEP en un tubo de
alta presión en una caldera a temperaturas prolongadas mayores a
10500C
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Ejemplos de fallas por CREEP
Figura 6.- Falla de tornillo de aleación Nimonic
80 A por CREEP en ductos de aire en una
cámara de combustión que trabajaba a 6500C.
(a) vista panorámica del lugar de los tornillos, (b)
superficie de fractura, (c) superficie de fractura,
vista de lado
Figura 7.- Fotomicrografías de secciones
metalográficas cortadas a 900 de la
superficie de fractura. (a) grietas
secundarias avanzaron bajo la superficie
de fractura. (b) se desarrollaron cavidades
a través de las uniones triples de los
bordes de grano (flechas rojas)
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Ejemplos de fallas por CREEP
Figura 8.- Falla inducida por CREEP de una placa de una caldera. (a) Sección transversal
pulida que muestra el encuellamiento, una característica del creep de corto plazo; (b) vacíos
intergranulares (áreas oscuras) en una zona cercana a la superficie fracturada.
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Fin de la presentación
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