Ensayos de fatiga en aire a 300 o C

Figura 5.22: Evoluci´on de la curva tensi´on deformaci´on durante los primeros ciclos del en- sayo con control de deformaci´on y l´ımites asim´etricos en deformaci´on, para la probeta ID P03. Evidencia de relajaci´on dependiente de ciclos.

similares tanto en condiciones sim´etricas como asim´etricas de carga.

Cabe mencionar aqu´ı, que el sistema integral de corrosi´on-fatiga Cortest no permite trabajar con tensiones de compresi´on ni con l´ımites en deformaci´on ni desplazamiento, por lo que no es posible, con esta m´aquina, desacoplar los efectos de la fatiga ambiental y del ratchetting. La principal desventaja de esta forma de imponer l´ımites de ciclado es el tiempo de duraci´on de los ensayos, debido a que al trabajarse con razones de tensi´on R mayores a cero, el rango de tensiones efectivo decrece y en consecuencia la vida a la fatiga aumenta considerablemente.

Por cuestiones de disponibilidad de la m´aquina Cortest, los ensayos enmarcados en este grupo se consideran entre los planes a futuro.

5.7.

Ensayos de fatiga en aire a 300

C

La Figura 5.24 muestra la amplitud de tensi´on alternante Salt, definida como la se-

mirresta entre la m´axima y la m´ınima tensi´on de cada ciclo, en funci´on del n´umero de ciclos, tanto en la etapa del preciclado, efectuado en aire a 300oC, con control de des- plazamiento y l´ımites en deformaci´on, como en la etapa de ciclado propiamente dicho, efectuado en aire a 300o_{C, con control de desplazamiento y l´ımites en desplazamiento.}

A partir de la misma, puede inferirse que el material experimenta un endurecimien- to inicial dentro de los primeros 100 ciclos, seguido de un ablandamiento ligeramente

90 Resultados experimentales y discusi´on

Figura 5.23: Evoluci´on de la raz´on de carga R con el n´umero de ciclos aplicados.

menos pronunciado que en el caso de aire a temperatura ambiente. Este resultado se corresponde con lo establecido en NUREG-CR 6909.

En condiciones de aire a 300 o_{C se llevaron a cabo ensayos en dos probetas (ID14 e}

ID18). En ambos casos se efectu´o primero un preciclado con control de desplazamiento y l´ımites de deformaci´on (0,75 % de amplitud de deformaci´on), seguido de un ciclado con control de desplazamiento y l´ımites en desplazamiento (elegidos acorde a los ´ultimos valores de desplazamiento obtenidos durante preciclado). Durante los preciclados se fij´o una velocidad de rampas de desplazamiento de 0,5 mm/min y durante los ciclados se utiliz´o una frecuencia de 1,0 Hz.

Bajo las condiciones expuestas, se obtuvo una vida de 1003 ciclos en la probeta ID14 y 1352 ciclos en la probeta ID18. Estos resultados parecen indicar que un ambiente de aire a 300 o_{C tiene efectos perjudiciales en la vida a la fatiga de componentes}

estructurales y que, por lo tanto, deber´ıan ser considerados en los an´alisis de fatiga ambiental pese a tratarse de aire y no de agua.

5.7.1.

Efectos t´ermicos en la fatiga

La gr´afica tensi´on-deformaci´on de un material sometido a fatiga est´a conformada por una sucesi´on continua de lazos de hist´eresis generalmente variables a lo largo del ciclado. El ´area encerrada por cada lazo representa, como se mencion´o antes, el trabajo por unidad de volumen necesario para producir deformaci´on pl´astica en ese ciclo. Esa energ´ıa por unidad de volumen y por ciclo (q) es parcialmente liberada al medio en

5.7 Ensayos de fatiga en aire a 300o_{C 91}

Figura 5.24: Comportamiento c´ıclico de dos probetas de Nitronic 50 en aire a 300 o_{C, pa-}

ra una amplitud de deformaci´on de 0,75 %. Ampliaci´on a los primeros ciclos para apreciar el endurecimiento inicial (izquierda) y visi´on global para observar el ablandamiento hasta la falla (derecha).

forma de calor (Eamb) y parcialmente absorbida (Eabs), incrementando la temperatura

del material en una cantidad ∆T . Luego, si se denota con ρ a la densidad, con V al volumen y con cp al calor espec´ıfico del material, se cumple la ecuaci´on 5.4.

q = Eamb V + Eabs V = Eamb V + ρcp∆T (5.4) El t´ermino asociado al intercambio de calor Eamb depende en forma directa de la

diferencia entre las temperatura de la probeta y del medio, mientras que el t´ermino q var´ıa con el ciclado. La conjunci´on de ambos fen´omenos determina el incremento ∆T por ciclo.

En la pr´actica, el incremento de temperatura de la probeta puede alcanzar varias decenas de grados, lo cual modifica la forma de los lazos de hist´eresis, que tienden a desplazarse a valores mayores de deformaci´on en una cantidad α.∆T , siendo α el coeficiente de dilataci´on lineal del material. En ensayos por control de deformaci´on, al estar fijo los l´ımites de deformaci´on, se producir´ıa una disminuci´on de la tensi´on m´axima alcanzada conforme avanza el ciclado. An´alogamente, cuando se detiene el ciclado (q = 0) el intercambio de calor con el medio producir´ıa un descenso de temperatura que causar´ıa la contracci´on de la probeta y una consecuente elevaci´on de la fuerza medida por la celda de carga.

Los efectos t´ermicos introducen complicaciones adicionales en los ensayos de fatiga. Por esta raz´on, ser´ıa necesario estudiarlos en detalle. Una t´ecnica muy conveniente para llevar a cabo este estudio es la termograf´ıa infrarroja (TIR). Esta constituye una t´ecnica no destructiva muy conveniente, ya que permitir´ıa el monitoreo y an´alisis in-situ de la presencia y evoluci´on de los procesos de da˜no asociados a la fatiga de materiales.

92 Resultados experimentales y discusi´on