La termofluencia en los metales
Cuand Cuando o un meta metall o alea aleaci ción ón esta esta bajo bajo una car carga o tens tensió ión n const constan ante te,, puede puede sobrevenir una deformación platica progresiva en un periodo de tiempo. Esta deformación dependiente dependiente del tiempo tiempo se denomina termofluencia. termofluencia. La termofluen termofluencia cia en los metales metales y aleaciones es muy importante en algunos diseños de ingeniería, particularmente en aquellos que operan a elevadas temperaturas. Para mucos diseños en ingeniería que operan a elevadas temperaturas, la termofluencia de los materiales es el factor limitante con respecto a como de alta puede ser la temperatura de trabajo. Consideremos la termofluencia de un metal policristalino puro a una temperatura por encima de la mitad de su temperatura de fusión ! "# $termofluencia%. Consideremos tambi&n un e'perimento de termofluencia en el cual sobre una probeta recocida aplicamos una carga carga consta constante nte de sufici suficient entee magnit magnitud ud para para causar causar una intens intensaa deform deformaci ación ón de termofluencia. Cuando se representa la variación de longitud de la probeta respecto al tiempo se obtiene una curva, curva de termofluencia. La curva de termofluen termofluencia cia representa en primer primer lugar una deformació deformación n instant(nea instant(nea E). *eguidamente la probeta e'ibe termofluencia primaria durante la cual la velocidad de deform deformaci ación ón dismin disminuye uye con el tiemp tiempo. o. La pendie pendiente nte de la curva curva de termof termoflue luenci nciaa se design designaa como como veloci velocidad dad de termof termoflue luenci ncia. a. Por lo tanto, tanto, durant durantee la primer primeraa etapa etapa la velocidad de termofluencia disminuye progresivamente con el tiempo. +espu&s tiene lugar una segunda etapa en la cual la velocidad de termofluencia es esencialmente constante y se conoc conocee como termof termoflue luenci ncia a en estado estado estaci estacionar onario. io. inalmente, en la tercera etapa la velocidad velocidad de termoflue termofluencia ncia aumenta aumenta r(pidamente r(pidamente con el tiempo tiempo asta alcan-ar la fractura. fractura. La forma de la curva de termofluencia depende de la carga aplicada $tensión% y de la temperatura. #ayores tensiones y temperaturas aumentan la velocidad de termofluencia. +urante la termofluencia primaria el metal endurece por deformación y la velocidad disminuye con el tiempo adem(s que el endurecimiento por deformación se vuelve m(s difícil. mayores temperaturas $esto es por encima de )./"# para el metal% durante la termofluencia secundaria el proceso de recuperación involucra dislocaciones de elevada movilidad se opone al endurecimiento por deformación de manera que el material continua alarg(ndose $termofluencia% a una velocidad en estado estacionario. La pendiente de la curva de termofluencia $dE 0 dt, o E% en la etapa de estado estacionario se conoce como veloc velocid idad ad míni mínima ma de term termof oflu luen encia cia.. +uran +urante te la etapa etapa secu secunda ndari riaa la resi resist sten enci ciaa de termofluencia del metal o aleación es m('ima. inalmente en una probeta sometida a carga constante, el proceso de termofluencia se acelera en la tercera etapa debido a la estricción d la probeta y del largo de los límites del grano. bajas temperaturas $ esto es, por debajo de ).1"#% y a bajas bajas tens tensio ione ness los los meta metale less mues muestr tran an term termof oflu luen enci ciaa prim primar aria ia,, pero pero la termofluencia secundaria es despreciable puesto que la temperatura es demasiado baja para la termofluencia por recuperación disfuncional. *in embargo si la tensión sobre el metal
esta por encima de la resistencia a la tracción, el metal se alargara como un ensayo de tracción ordinario. En general tanto en aumentar la tensión sobre el metal la temperatura aumenta tambi&n la velocidad de termofluencia. Materiales resistentes a la termofluencia
En un material que resista bien este tipo de mecanismo de fallo se busca sobre todo la resistencia al flujo a trav&s del límite de grano. Eso se consigue teniendo un tamaño de grano muy grande, de modo que la superficie del límite de grano sea menor. 2n ejemplo típico es cómo esta consideración se a tenido en cuenta para el diseño de (labes de turbina $v&ase fotocopia 3.44 por detr(s%. 5nicialmente se obtenía un material policristalino por fundición. Primero se buscó el crecimiento de cristales columnares. El molde donde se vierte el metal líquido est( cubierto por un material que aguanta el calor, de forma que sólo se enfría la superficie inferior, de modo que el crecimiento de grano es direccional, igual que el flujo de calor. Los primeros g&rmenes que solidifican lo acen en la pared inferior. medida que se va levantando la campana refractaria se favorece el crecimiento de g ranos columnares. 2na ve- que ay formados varios cristales columnares, se deja pasar a trav&s de un cuello un 6nico grano, de forma que sólo crece un cristal, form(ndose un (labe compuesto por un monocristal. 2na segunda forma de lucar contra el creep es utili-ar materiales con temperatura de fusión muy elevada, de forma que la temperatura equicoesiva sea tambi&n muy elevada $metales refractarios%. Los problemas que presentan es que son muy caros, en general difíciles de conformar debido a su fragilidad, y adem(s tienen que ser resistentes a la corrosión a las temperaturas a las que se va a usar ese material. La tercera forma de lucar contra la termofluencia es aumentar la resistencia del material.
Características de la termofluencia. posee un alto valor inicial.
seguido por un alto valor de estado de termo fluencia constante.
conserva una ra-ón constante de termo fluencia.
finalmente e'iste un estrangulamiento eventual del metal.
Ensayo de termofluencia
Los efectos de la temperatura y la tensión sobre la velocidad de termofluencia se determinan mediante el ensayo de termofluencia. *e llevan a cabo m6ltiples ensayos de termofluencia utili-ando diferentes niveles de esfuer-o a temperatura constante o diferente temperatura a esfuer-o constante y se dibujan las curvas correspondientes. La velocidad mínima de termofluencia o pendiente de la segunda etapa se mide en cada curva. La tensión que produce la mínima velocidad de termofluencia de 4)7/ ' 4)) en una ora a una temperatura determinada se utili-a para medir la resistencia a la termofluencia.
8epublicana 9olivariana de :ene-uela #inisterio del Poder Popular para la Educación *uperior 2niversidad ;ran #ariscal de yacuco Escuela de ingeniería acultad en dministración de
Prof. = Evana astudillo 8eali-ado por= ;uerra, >esmir C.5= 3).??4.?@@ 9arrios, ndrea C.5= 33.A4B.)3A
Cuman(, Enero del 3)44
Conclusión
elevadas temperaturas y tensiones un metal puede e'perimentar termofluencia o deformación en función del tiempo, la termofluencia del metal puede ser tan severa que puede conducir a la fractura. *e an diseñado diversos ensayos mec(nicos en ingeniería para prevenir el fallo por fatiga o por termofluencia en productos manufacturados. ay dos par(metros que interesan desde el punto de vista del diseño, que son el tiempo asta llegar a rotura y la velocidad de fluencia estacionaria $velocidad en la -ona estacionaria%. La utili-ación de un par(metro u otro depende de la utili-ación de ese material. Podemos distinguir dos situaciones e'tremas= plicaciones de vida larga y aplicaciones de vida corta. En aplicaciones de vida larga el par(metro de diseño es la velocidad de fluencia estacionaria, para saber si la deformación que va a sufrir est( por encima del nivel de deformación m('imo admisible para esa aplicación. En aplicaciones de vida corta nos interesa conocer el tiempo de fallo, para ver si el tiempo de fallo es superior al tiempo para el cual se a diseñado el componente, teniendo en cuenta que en este caso la velocidad de deformación tiene que ser lenta. *e comprueba e'perimentalmente que un aumento de la resistencia del material $a baja temperatura% aumenta tambi&n la resistencia a la termofluencia, aunque si bien no ay una relación clara que lo demuestre. Las proporciones de termo fluencia son m(s r(pidas en los materiales de grano fino, pues que el límite de grano contribuye directamente a termo fluencia como resultado de si m(s bajo factor de acondicionamiento y, sirve como un Ddesli-adero en el cual las dislocaciones pueden moverse, evitando de esa manera Denmarañamiento de dislocaciones que retardan el dislocamiento que retardan el desli-amiento. Esto significa que los límites de grano suavi-an los metales a altas temperaturas, lo cual, por su puesto, se opone a la situación que ocurre a baja temperaturas, a las cuales los materiales de grano fino son m(s fuertes.
Introducción
*e puede decir que estudiaremos la deformación función de la variable tiempo de un material sometido a carga o tensión constante, es decir, la termofluencia. En este tema es de gran importancia tomar en cuenta la velocidad de termofluencia que nos conducir( a la pendiente de la curva de termofluencia7tiempo para un tiempo determinado. Los ensayos de termofluencia requieren un dispositivo en el cual se puede someter a un material a tensión, elevando la temperatura y midiendo la deformación e'istente para el mismo tiempo. *e suele reali-ar con un ensayo de tracción, con el mismo tipo de probetas pero en distinto orno, a temperatura constante y tensión constante, midiendo la deformación con el tiempo. "ambi&n se pueden acer ensayos a compresión $para materiales cer(micos%. Para los materiales met(licos normalmente se ace a tracción. La resistencia a la termofluencia es independiente de la dirección de aplicación de la carga para la mayor parte de los materiales. Para el ensayo a tensión constante se obtiene información sobre los mecanismos de deformación. Formalmente se acen ensayos acelerados, es decir, para elevadas tensiones, superiores al límite el(stico, y a partir de los datos obtenidos, se e'trapola la información para tensiones m(s bajas $y velocidades de deformación m(s bajas tambi&n%.
E'perimentar el comportamiento de un material cuando se aplica un esfuer-o constante a una probeta calentada. Proporcionar información sobre la capacidad de un material para soportar cargas a altas temperaturas. Estudiar la rapide- de termofluencia y el tiempo de ruptura.
