MT 2511 Tema 5 Propiedades Mecánicas De Los Materiales Tema 6 Fallas En Materiales pdf

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(1)TEMA 5. 5 Propiedades Mecánicas de los M Materiales. i l.

(2) Mecanismos de deformación elástica y plástica El ensayo de tensión se efectúa en una máquina universal capaz de aplicar una carga axial de tensión o compresión a una probeta, dando como resultado la carga ejercida y la elongación producida en el material durante el ensayado.. http://www.mts.com/stellent/groups/public/documents/library/dev_002047.pdf. Ciencia de Materiales MT1113.

(3) Mecanismos de deformación elástica y plástica. Ciencia de Materiales MT1113.

(4) Ensayo de Tracción. Cuantificación de propiedades mecánicas y endurecimiento d i i por deformación. d f ió. Carga (F): Fuerza axial aplicada sobre el material (Kgf) Elongación (Dl=l-l0): Variación en la longitud del material sometido a una fuerza axial (m) Esfuerzo Ingenieril (S=F/A0): Fuerza axial aplicada sobre el material mate ial entre ent e el á área ea ttransversal ans e sal a la di dirección ección de la fuerza.. Ciencia de Materiales MT1113.

(5) Ensayo de Tracción. Cuantificación de propiedades mecánicas y endurecimiento d i i por deformación. d f ió. Esfuerzo deformación ingenieril Ciencia de Materiales MT1113.

(6) Ensayo de Tracción. Cuantificación de propiedades mecánicas y endurecimiento d i i por deformación. d f ió. Esfuerzo E f d de cedencia d i o fl fluencia i (Sy): ) Esfuerzo donde la pendiente s/n deja de ser constante, limite de diseño entre la zona elástica y plástica. Se determina por el método del offset 0,2 % Determinación de Sy por el metodo del OffSet 0,2% OA = 0,002 * nF Se traza un linea paralela a la curva S vs. n en la zona elástica, y el punto donde interceptan las dos curvas es Sy.. Esfuerzo Máximo ingenieril (Su): Esfuerzo donde se inicia la formación del cuello o extrangulación en la probeta de ensayo de tracción. Esfuerza de fractura ingenieril (Sf): Esfuerzo que puede soportar el material antes de fracturarse. fracturarse. Ciencia de Materiales MT1113.

(7) Ensayo de Tracción. Cuantificación de propiedades mecánicas y endurecimiento d i i por d deformación. f ió Esfuerzo-Deformación Real Principio P i i i d de C Conservación ió d de volumen. l lo*Ao = ls*As = lu*Au = lf*Af Coeficiente de Poisson υ = −εεx/εy Esfuerzo Real (σ): σ=F/Ai donde Ai es el área instantanea. Aplicando conservación de volumen Æ s = F/(lo F/(lo*Ao/li), Ao/li), donde li = lo + Δl, lo cual debe coincidir si en efecto lo corresponde a la longitud de la sección de prueba. Deformación Real (ε): dε =dl/l Æ. ⎛ li ⎞ ⎛ l o + Δl ⎞ ⎛ Ao ⎞ 1 ε = ∫ dl = ln(li ) − ln(l o ) = ln ⎜ ⎟ = ln ⎜ ⎟ = ln ⎜ ⎟ l ⎝ Ai ⎠ ⎝ lo ⎠ ⎝ lo ⎠ lo li. Ciencia de Materiales MT1113.

(8) CURVAS ESFUERZOESFUERZO-DEFORMACION Esfuerzo – Deformación Ingenieril: Ingenieril: La tensión se calcula dividiendo la fuerza aplicada F sobre una muestra a la que se aplica un ensayo de tensión por el área inicial A o. . La deformación se determina como el cambio de longitud entre la longitud inicial. inicial. S (esfuerzo ingenieril ) =. F Ao. e ( deformació n ingenieril ) =. Δl lo. Esfuerzo – Deformación Real Real:: Considera el cambio del área de la sección de la muestra a medida que avanza el ensayo ensayo... Esfuerzo. real σ. =. F ( fuerza f. uniaxial i i l media di sobre b l muestra la t d ensayo ) de A i ( área ins tan tan ea de la muestra ). σ D f Deformacio i. n reall. ε =. l ln. li lo. ó. = S (1 + e ). ε = ln l (1 + e ).

(9) Ensayo de Tracción. Cuantificación de propiedades mecánicas y endurecimiento d i i por d deformación. f ió. S vs. n Æ Ingenieril I i il σ vs. ε Æ Real. Ciencia de Materiales MT1113.

(10) Ensayo de Tracción. Cuantificación de propiedades mecánicas y endurecimiento d i i por deformación. d f ió Incógnitas:. E = Modulo de. σ = σ 0ε zona plástica. σ = Eε. zona elástica. m. elasticidad o modulo de Young. g. σ0= Esfuerzo. necesario para provocar una deformación verdadera unitaria.. m= Coeficiente de. endurecimiento por deformación Ciencia de Materiales MT1113.

(11) Ensayo de Tracción. Cuantificación de propiedades mecánicas y endurecimiento d i i por deformación. d f ió. Resilencia: Energía capaz. de absorber un material en la zona elástica, área bajo la curva en la zona elástica.. Zona Plástica Zona Elástica. εy. εy. 0. 0. ∫ σ d ε = ∫ E ε dε. Tenacidad: e ac dad Energía e g a capa capaz de absorber un material antes de fracturarse, área bajo la curva en la zona plástica y plástica. εf. εy. εf. 0. 0. εy. m σ d ε = E ε d ε + σ ε ∫ ∫ ∫ 0 dε. Ciencia de Materiales MT1113.

(12) Ensayo de Tracción. Cuantificación de propiedades mecánicas y endurecimiento d i i por deformación. d f ió. Recuperación Elástica y Endurecimiento por deformación. Ciencia de Materiales MT1113.

(13) DEFORMACIÓN PLÁSTICA La deformación plástica corresponde al movimiento de un gran numero de dislocaciones. Una dislocación de cuña se mueve en respuesta p a un esfuerzo de cizalladura aplicado p en una dirección perpendicular a la línea de dislocación. Los campos de deformación que existen alrededor de las dislocaciones influyen en la movilidad de las dislocaciones. Cuando los metales experimentan deformación plástica, una fracción es retenida (~5%) el resto se di i disipa en forma f d calor. de l La mayor parte de esta energía retenida esta asociada con las dislocaciones.

(14) DISLOCACIÓN DE BORDE. Dislocación de borde La línea de dislocación se extiende a lo largo del borde de un medio plano adicional de átomos en la red.. Ciencia de Materiales MT1113.

(15) DISLOCACIÓN DE TORNILLO. Dislocación de tornillo o helicoidal El defecto (línea de dislocación) se extiende a lo largo del eje de la espiral producida al torcer un cristal. i t l. Ciencia de Materiales MT1113.

(16) DEFORMACIÓN PLÁSTICA. Deslizamiento. Proceso mediante el cual se produce la deformación plástica por Deslizamiento el movimiento de dislocaciones se denomina dislocaciones. Plano de deslizamiento: Plano cristalográfico a lo largo del cual se desplaza la línea de dislocación..

(17) DEFORMACIÓN PLÁSTICA El movimiento i i t de d las l di l dislocaciones i es similar i il all movimiento i i t de d locomoción empleado por la oruga. Formación de una joroba cerca de su extremo posterior al encoger su último par de patas. La joroba es impulsada hacia delante al alzar y desplazar las patas. La oruga se ha movido hacia delante una distancia igual a la separación entre patas..

(18) DEFORMACIÓN PLÁSTICA. (a) Dislocación de borde (b) Dislocación helicoidal. En una dislocación de borde la línea de dislocación se mueve en la dirección del esfuerzo de cizalladura aplicado τ. En la dislocación helicoidal el movimiento es perpendicular a la dirección del esfuerzo. La deformación plástica neta es la misma para el movimiento de ambos tipos de dislocación..

(19) SISTEMAS DE DESLIZAMIENTO. Ciencia de Materiales MT1113.

(20) Dislocaciones en cristales Las dislocaciones siempre están presentes en los materiales: •Durante Durante la deformación plástica, el número de dislocaciones aumenta significativamente. Se conoce que la densidad de dislocaciones en un metal que ha sido deformado puede ser tan alta como 1010 mm-2. •Un material recocido (baja densidad de dislocaciones) puede contener más de 1000 km de dislocaciones por milímetro cúbico. •Una fuente importante de estas nuevas dislocaciones son las dislocaciones existentes que se multiplican. •Otra fuente serian los límites de grano, los defectos internos y las irregularidades superficiales como muescas y ralladuras que actuan pueden servir como sitios de como concentradores de esfuerzos y p formación de dislocaciones durante la deformación..

(21) Ciencia de Materiales MT1113.

(22) Endurecimiento por reducción del tamaño de g a o grano El tamaño de grano o diámetro promedio del grano del un metal policristalino influye en sus propiedades mecánicas. Los granos continuos tienen diferentes orientaciones cristalográficas y un límite de grano común. El limite de grano actúa como barrera al movimiento de las dislocaciones.. grano A g. grano B g. Por no atravesar las dislocaciones este limite de grano durante la deformación, las dislocaciones tienden a acumularse en los límites de grano, concentrando esfuerzos mas allá de los planos de deslizamiento, lo que genera nuevas dislocaciones en la zona adyacente..

(23) Efecto del Tamaño de Grano en el e du ec endurecimiento e o. Un material de grano fino es mas duro que uno de grano grueso ya que el primero tiene una mayor área total del limite de grano para impedir el movimiento de las dislocaciones. En los materiales metálicos, el límite elástico σy varía con el tamaño de grano. grano. σy = σo + kyd1/2 Ecuación de Hall Hall-Petch Petch. Latón (70%Cu + 30%Zn). Donde d es el diámetro promedio y σo y Ko son contantes del material material..

(24) ENDURECIMIENTO POR DISOLUCIÓN SÓ SÓLIDA Otra forma de endurecer los metales y hacerlos más resistentes es formar aleaciones con átomos de impurezas en disoluciones sólidas sustitucionales o intersticiales. Por esto se le denomina endurecimiento p por disolución sólida.. Los metales muy puros son casi siempre i bl d blandos y menos resistentes que las aleaciones formadas con el mismo metal base.

(25) ENDURECIMIENTO POR DISOLUCIÓN SÓ SÓLIDA Esto ocurre por interacciones en el campo de deformaciones de la red entre las dislocaciones y estos átomos de impurezas lo que restringe el movimiento de las dislocaciones. Un átomo de impureza que es más pequeño p q que el átomo del solvente al q que sustituye, ejerce deformaciones de tracción en la red cristalina circundante y uno de mayor tamaño impone fuerzas de compresión en sus inmediaciones. En relación a una dislocación la resistencia al deslizamiento es mayor cuando están presentes estos átomos debido a que la deformación total de la red debe aumentar si se separa de ellos una dislocación. ó.

(26) ENDURECIMIENTO POR DISOLUCIÓN SÓ SÓLIDA.

(27) ENDURECIMIENTO POR DEFORMACIÓN Es ell fenómeno E f ó por ell que un metal t l dúctil dú til se hace h más á duro d y resistente a medida que es deformado plásticamente. Se le denomina endurecimiento por trabajo o endurecimiento por trabajo en frío. Ocurre a una temperatura "fría" en relación a la temperatura de fusión del metal. Se genera el endurecimiento del metal o aleación al incrementar el número de dislocaciones. La densidad de dislocaciones aumenta de 107 cm-2 hasta 1012 cm-2. La mayoría de los metales se endurecen por deformación a temperatura ambiente. Lo que sucede es que el movimiento de una dislocación es obstruido por la presencia de otras dislocaciones, aumentando así la resistencia al movimiento de las mismas es por ello el esfuerzo necesario para deformar un material aumenta al aumentar el trabajo en frío..

(28) TRABAJO EN FRÍO. El Grado de deformación plástica como % de trabajo en frío se mide por la reducción de área. % df =. A0 − Ad × 100 Ao. Ciencia de Materiales MT1113.

(29) EFECTO DEL TRABAJO EN FRÍO EN LA RESISTENCIA S S C A LA FLUENCIA U C Y A LA TRACCIÓN. Acero 1040. Latón. Acero 1040. Latón. Cobre Cobre. Limite elástico vs. % de trabajo en frío. Resistencia a la tracción vs. % de trabajo en frío.

(30) EFECTO DEL TRABAJO EN FRÍO EN LA DUCTILIDAD UC. Latón. Cobre Acero 1040. Ductilidad vs. % de trabajo en frío.

(31) . . . . A lo largo del proceso, los granos giran y al mismo tiempo se alargan, haciendo que ciertas direcciones y planos cristalográficos g queden q alineados. Se desarrollan orientaciones, o texturas preferenciales, causando el comportamiento p anisotrópico. p Trefilado: textura fibrosa, se orientan las direcciones cristalográficas g Laminado: Textura laminar. se orientan las direcciones y los planos cristalográficos.. ©22003 Brooks/Cole, a division of T Thomson Learning, Inc. Thomsoon Learning™ is a trademark usedd herein under license.. COMPORTAMIENTO ANISOTRÓPICO DE LAS S PROPIEDADES O S MECÁNICAS C C S..

(32) MILLAN, J, RIVAS, A. L, CABRERA, J. M et al. Proceso de recristalización durante el recocido de un acero 0,04%c calmado al aluminio. Rev. Fac. Ing. UCV. [online]. mar. 2005, vol.20, no.1 [citado 24 Marzo 2008], p.17-31. Disponible en la World Wide Web: <http://www2.scielo.org.ve/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S079840652005000100002&lng=es&nrm=iso>. ISSN 0798-4065..

(33) PROCESOS INDUSTRIALES DE ENDURECIMIENTO U C O DE METALES S.

(34) RECOCIDO . . . . . Tratamiento térmico para eliminar los efectos del trabajo en frío. S puede Se d eliminar li i t t l totalmente t ell endurecimiento d i i t por deformación. Después p del recocido,, se p puede aplicar p trabajo j en frío adicional, ya que la ductilidad ha sido restablecida. Combinando ciclos repetidos de trabajo en frío y de recocido se pueden alcanzar grandes deformaciones recocido, totales. A baja temperatura se puede eliminar los esfuerzos residuales sin afectar las propiedades mecánicas de la residuales, pieza terminada..

(35) LAS ETAPAS DEL RECOCIDO. R Recuperación ió : Es E la l primera i etapa del d l proceso de d recocido. id . . . Durante esta etapa parte de la energía de deformación almacenada se libera debido al movimiento de las dislocaciones, producto d d la de l alta l difusión dif ió atómica ó i a temperaturas elevadas. l d Se reduce el número de dislocaciones y se producen configuraciones de dislocaciones con bajas energías de d f deformación. ió Con mayor temperatura se produce el alivio de esfuerzos internos causados por el trabajo en frío, (tensiones residuales), y se producen d ciertos i t cambios bi microestructura i t t l les..

(36) LAS ETAPAS DEL RECOCIDO Recristalización: La recristalización es la formación de un nuevo conjunto de granos equiaxiales ( con dimensiones aproximadamente iguales en todas las direcciones) y libres de deformación con bajas j densidades de dislocaciones. Estos nuevos cristales surgen en zonas con alta densidad de dislocaciones. Estos granos nuevos se forman como núcleos muy pequeños y crecen hasta reemplazar completamente al material matriz. La fuerza motriz para producir esta nueva estructura de granos es la diferencia en energía interna entre el material deformado y el no deformado.. Estructura de grano del material t b j d en frío trabajado fí (33%df). Etapa inicial después de calentar durante 3 s a 580ºC,, los granos pequeños han recristalizado..

(37) LAS ETAPAS DEL RECOCIDO. . . . La temperatura de recristalización corresponde a la temperatura aproximada a la que un material altamente trabajado en frío se recristaliza por completo en una hora. Esta temperatura depende el % de deformación en frío. LLa recristalización i t li ió de d los l metales t l trabajados t b j d en frío f í puede d utilizarse tili para refinar la estructura de lo granos. También, durante la recristalización, las propiedades mecánicas que fueron modificadas durante el proceso de trabajo en frío son restauradas a sus valores previos a la deformación; es decir, el metal se hace más blando, menos resistente y más dúctil..

(38) LAS ETAPAS DEL RECOCIDO Sustitución parcial de los granos del g material trabajado en frío después de 4s a 580ºC.. Crecimiento de Grano después p de 15 min a 580ºC. Recristalización terminada 8s a 580ºC. Crecimiento de grano después de de 10 min a 700ºC..

(39) LAS ETAPAS DEL RECOCIDO Crecimiento C i i t de d grano: Si se prolonga l l permanencia la i del d l metal t l recristalizado a alta temperatura, los granos pequeños tienden a desaparecer y los grandes crecen aún más, de esta manera el tamaño medio, di D, D de d los l granos crece en función f ió del d l tiempo. i.

(40) TEMPERATURAS DE RECRISTALIZACIÓN T recristalización ~1/3 y ½ T absoluta.

(41) INFLUENCIA DE LA TEMPERATURA DE RECOCIDO.

(42) TRABAJO EN CALIENTE . . Las operaciones de deformación plástica de los metales y aleaciones que se realizan a temperaturas superiores a la temperatura de recristalización. El material permanece relativamente blando y dúctil durante la deformación debido a que no se endurece por deformación, de manera que se pueden alcanzar grandes deformaciones.. ©2003 Brooks/Cole, a division of Thomson Learning, Inc. Thomson Learning™ is a trademark used herein under license..

(43) L resistencia La i t i a la l tensión t ió es de d aproximadamente i d t 82,000 82 000 psi. i. ©2003 Brooks/Cole, a division of Thomson Learning, Inc. Thomson Learning™ is a trademark used herein under license..

(44) TEMA 6. 6 Fallas en Materiales. 1. Ensayo de Impacto y la tenacidad a la fractura. 2. Termofluencia. a Condiciones de ocurrencia. a. ocurrencia b. Curvas ε vs. t. Etapas de una curva de termofluencia. c. Uso de datos de termofluencia..

(45) Tipos de Fallas. . . Mecánicas: son aquellas q donde las aplicación p de un estado externo de esfuerzos es la fuerza motriz de la pérdida de integridad del material. Químicas: son aquellas en las que se pierde integridad del material p por acción de reacciones q químicas en la superficie..

(46) Fallas Químicas.

(47) Fallas Mecánicas.

(48) Resistencia y Fractura La resistencia de un material es la capacidad del mismo a resistir las fuerzas aplicadas sin que este fluya o se fracture. La resistencia de un material puede variar notablemente sugún la manera que este es deformado. Por ejemplo, un material resistente y ductil bajo cargas estáticas puede comportarse débil y fragil bajo esfuerzos ciclícos o de impacto. Los materiales también muestran diferencias en la resistencia cuando el método o tasa de aplicación de esfuerzos es variado. La deformación elástica y plástica de un material sujeto a esfuerzos externos puede terminar un una forma nohomogénea de deformación llamada FRACTURA. FRACTURA.

(49) Fractura Es la separación de un cuerpo por la acción de fuerzas químicas o físicas en dos o más partes, resultando en la creación de nuevas superficies. La fractura involucra la rotura de los enlaces atómicos a través de la propagación de grietas. grietas Mecanismos que condicionan la fractura: • Naturaleza del material • Naturaleza de los esfuerzos aplicados • Condiciones de temperatura • Ritmos de deformación • Factores ambientales.

(50) Tipos de Fractura. Los tipos de fractura se basan en la capacidad del material de experimentar deformación plástica. Fractura dúctil: Los materiales presentan una deformación plástica considerable con alta absorción de energía antes de la fractura. Fractura frágil: g Existe p poca o ninguna g deformación p plástica y baja j absorción de energía durante el proceso de fractura..

(51) Comportamiento Dúctil y Frágil. (a) Fractura muy dúctil en la cual la probeta forma una estricción t i ió que llega ll a un punto t (oro ( y plomo), l ) muestra t una reducción de área de hasta un 100%. (b) Fractura dúctil después de cierta estricción (c) Fractura fragil sin deformación plástica.

(52) Etapas de la fractura (a) Comienza la deformación (b) Formación de pequeñas cavidades o microcavidades en el interior de la sección transversal. (c) Las microcavidades se hacen mayores y coalescen formando una grieta elíptica. (d) La grieta crece. (e) Finalmente se produce la fractura por una rápida propagación de la grieta alrededor del perímetro exterior de la estricción por deformación en un ángulo aproximadamente de 45° (ángulo en el que el esfuerzo de cizalladura es máximo). Fractura de copa y cono en el aluminio.

(53) Fractura Dúctil. Región fibrosa de una superficie de copa y cono Cavidades esféricas u hoyuelos esféricos. Cada hoyuelo es la mitad de una microcavidad que se formo..

(54) Fractura Frágil Tiene lugar sin una deformación apreciable separación rápida de la grieta. La dirección es casi perpendicular a la dirección del esfuerzo de tracción y se produce una superficie de fractura casi plana.. La superficie presentan líneas o crestas . Producen una superficie relativamente brillante.

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(56) Fractura Frágil. En la mayoría de los metales frágiles la propagación de la grieta corresponde a una ruptura sucesiva y repetida de enlaces atómicos a lo largo de planos cristalográficos i t l áfi este t proceso se denomina d i clivaje. li j Fractura Transgranular debido a que las grietas de la fracturan atraviesan los granos Fractura Intergranular Ocurre a lo largo de los límites de grano.

(57) Ejemplos de Fractura. Acero Forjado, fractura frágil i t intergranular. l Fragilidad por segregación de impurezas pu e as ((P y S Sn)) a los os limites tes de grano, luego de un proceso de soldadura..

(58) Ejemplos de Fractura. Acero Forjado, fractura frágil i t intergranular, l en lla zona d de lla entalla. Luego uego de e ensayo sayo de impacto pacto.

(59) Marcas de playa. Estriaciones. (macroscópicas se ven a simple vista o con lupa). (microscópicas observadas en MET o MEB).

(60) Medición de mecanismos de fractura Mecánica de la Fractura significa análisis general de la falla de materiales estructurales con defectos preexistentes. Factor de Intensidad de Esfuerzo: KI Tenacidad de Fractura: KIC valor crítico del factor esfuerzo intensidad en un punto de la grieta necesario para producir d i una falla f ll catastrófica. ófi I Modo uniaxial y C crítico. Y Factor de Geometría adimensional del orden de 1 σf esfuerzo total aplicado a longitud de una grieta de la superficie Unidades MPa (m)1/2 Este KIC está asociada con las llamadas condiciones de deformación en el plano donde el espesor es relativamente más grande comparado con la dimensión d la de l ranura. Para P probetas b t delgadas d l d condiciones di i de d esfuerzo plano la tenacidad a la fractura se denota como Kc.. K IC = Yσ f πa.

(61) ENSAYO DE IMPACTO La probeta posee un entalle estándar para facilitar el inicio de la fisura fisura;; este entalle recibe el nombre de V-Notch Notch... PROCEDIMIENTO PARA REALIZAR EL ENSAYO CHARPY En la prueba se lanza un pesado péndulo desde una altura conocida, que golpea la muestra en su trayectoria descendente fracturándolo. Mediante el conocimiento de la masa del péndulo y de la diferencia entre su altura inicial y final, puede medirse la energía absorbida por la fractura (diferencia entre h y h´).

(62) ENSAYO DE IMPACTO Las probetas que fallan en forma frágil se rompen en dos mitades, mitades en cambio aquellas con mayor ductilidad se doblan sin romperse. romperse. Este comportamiento es muy dependiente de la temperatura y la composición química, esto obliga a realizar el ensayo con probetas a distinta temperatura, para evaluar la existencia de una "temperatura de transición dúctildúctilfrágil".. Este ensayo se lleva a un gráfico como el mostrado, frágil" mostrado en donde se puede apreciar un fuerte cambio en la energía disipada para algunos aceros de bajo carbono. carbono. Mientras que el níquel no muestra una variación notable. notable. No experimentan transición dúctil frágil. La energía de impacto también es casi insensible a la T.

(63) Termofluencia (creep) . . . El fenómeno de termofluencia o fluencia lenta se define como la acumulación de deformación plástica o permanente con el tiempo, en un material que se encuentra sometido a un esfuerzo σ<σy y a temperaturas te pe atu as e elevadas e adas ((T>0,4T 0, f), ttrayendo aye do co como o consecuencia alteraciones irreversibles en la geometría del mismo. O Ocurre en componentes t como los l alabes l b de d las l turbinas t bi en los jet y generadores de vapor con esfuerzos centrífugos, g líneas de vapor p de alta p presión. Es a menudo un factor limitante de la vida del componente..

(64) Ensayos de termofluencia o creep 1. 1 2. 3 3. 4. 5 5.. Cargas b C bajas j Medición precisa de la deformación (ε<0,5%) Ensayo largo 2000 2000-10000 10000 horas Equipo costoso Énfasis en la velocidad mínima de deformación y la temperatura. transductor.

(65) . . . Creep primario (transitorio). La pendiente disminuye con el tiempo: endurecimiento p por deformación Creep secundario (estado estacionario). Velocidad de deformación constante: balance del endurecimiento por deformación y procesos de recuperación Creep terciario. Rápida aceleración de la velocidad de deformación hasta la falla: formación de fisuras internas.

(66) EFECTOS DEL ESFUERZO Y DE LA TEMPERATURA Al aumentar el esfuerzo temperatura se observa. o. la. (1) La deformación instantánea en el momento de la aplicación del esfuerzo aumenta (2) La velocidad de fluencia estacionaria aumenta (3) La vida útil a la ruptura disminuye. Dependencia D d i de d la l velocidad l id d de d deformación d f ió de d la l fluencia fl i con respecto t al esfuerzo. •. ∈s =K1σ. n. Donde K1 y n son constantes.

(67) EFECTOS DEL ESFUERZO Y DE LA TEMPERATURA •. ∈s =K1σ n. Una grafica U fi del d l logaritmo l it genera una recta de pendiente igual a n.. Esfuerzo vs. vida útil de ruptura para una aleación de níquel con bajo contenido de carbono. Cuando se incluye la influencia de la temperatura se tiene: ti K2 y Qc son constantes siendo Qc la energía de activación para fluencia. ⎛ − Qc ⎞ ∈s = K 2σ exp⎜ ⎟ ⎝ RT ⎠ •. n.

(68) Método de extrapolación de Larson-Miller Ensayos de Fluencia a T por encima de la requeridas, durante periodos de tiempos muy cortos y a nivel de esfuerzos f comparables, bl para luego extrapolarlos a condiciones de servicio.. P=T(C + log tr) P= Parámetro de Larson-Miller T Temperatura T= T t (°K) C= Constante (entre 10 y 40) p en horas p para tr = tiempo ruptura Para cada combinación del material y nivel de esfuerzo existe un valor único del parámetro “P”.

(69) Fatiga . . . La fatiga se define como la fractura de estructuras o componentes bajo la acción de esfuerzos cíclicos repetitivos inferiores a la resistencia a la tracción del material. material Las fracturas por fatiga comienzan por grietas diminutas que crecen progresivamente bajo la acción de esfuerzos fluctuantes, y que llegan generalmente a ocasionar la fractura completa de un componente. Los factores que primariamente son responsables del fenómeno de fatiga son: . Esfuerzos cíclicos o variables. . Esfuerzos de tensión. . Deformación plástica. La ausencia de cualquiera de los tres factores mencionados impide que se p q produzca la fatiga. g. Ciencia de Materiales MT1113.

(70) Fatiga. . Ocurre después de un largo período de esfuerzos cíclicos o de deformaciones cíclicas. cíclicas. . 90% de las fallas de materiales están relacionadas con fatiga.. . Normalmente catastrófica, sin aviso. . Apariencia frágil, aún en materiales deformación plástica macroscópica.. dúctiles.. Con. poca.

(71) Mecanismos del agrietamiento . Etapas del proceso : . Periodo de incubación de la grieta g . . . Propagación progresiva de la grieta . . . Cambios sub-microscópicos muy complejos en el material no totalmente esclarecidos El tiempo para nuclear y propagar una microfisura es muy variable Representa la mayor parte del tiempo del proceso que puede tardar hasta varios años. Se va reduciendo el área de la sección transversal del componente y eventualmente la carga llega a superar su componente, resistencia remanente.. Ruptura final . Se produce en un solo ciclo. ciclo Ciencia de Materiales MT1113.

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(73) Ensayos de fatiga Miden la resistencia a la fatiga expresada por el número de ciclos que pueden soportar sin presentar fractura, para un determinado nivel de esfuerzo. esfuerzo. Estos ensayos se realizan con máquinas dinámicas de viga de flexión rotativa, o de flexión pura, o con máquinas instrumentadas servo--hidráulicas de tracciónservo tracción-compresión uniaxial, entre otras. otras. Los resultados obtenidos se presentan en gráficos de número de ciclos soportados para diferentes niveles de esfuerzo (curvas de WOHLER o S-N). Ensayo a flexión.

(74) Ensayos de fatiga. 1. 2. 3. 4.. Actuador Sistema hidraulico Unidad de Control Sistema de medición de grieta.

(75) Ensayos de fatiga. Ensayo de probetas.

(76) Ensayos de fatiga. Ensayo de componentes Se miden cargas y deflecciones para generar un curva que describe las reacción de la pieza ensayada a las cargas. En fatiga se repite de manera ciclica el nivel de deflección.

(77) Ensayos de fatiga.

(78) Curvas de WOHLER o S-N . . Número de ciclos soportados para diferentes niveles de esfuerzo Amplitud máxima 60% de Su..

(79) Características . . . . . A mayor amplitud del esfuerzo, menor el número de ciclos antes de fallar. Aleaciones ferrosas y de titanio muestran un nivel mínimo de esfuerzo por debajo del cual no ocurre falla. “Límite Límite de fatiga fatiga” es el valor máximo del esfuerzo que no causará falla en un número infinito de ciclos. “Resistencia a la fatiga” es el nivel del esfuerzo para el cual la falla ocurrirá en un número especifico de ciclos. ciclos “Vida a fatiga” es el número de ciclos para que ocurra una falla con un nivel de esfuerzo específico..

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