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Termofluencia o Fluencia Lenta (Creep)

Temperatura alta. Mayor que 0,4 TF(K). (Difusión atómica importante)

Carga moderadaTiempos largos

Resultado: el material se deforma lentamente en función del tiempo. Se da en todo tipo de materiales.Veremos metales.

Refinería de Petróleohttp://www.sut.ac.th/Engineering/Metal/pdf/MechMet/13_Creep%20and%20stress%20rupture.pdf

Rotor de Turbina de Vapor Montaje experimental para Termofluencia

Curva de Termofluencia de un metal o aleación

Deformación en función del tiempo para una carga y temperatura dadas.

- Deformación instantánea- Termofluencia primaria- Termofluencia secundaria,

es la de mayor interés en ingeniería. Comportamiento lineal.

- Termofluencia terciaria

Figura 6. 32 (Smith)

Efecto del aumento del esfuerzo sobre una curva de termofluencia.Cuando el esfuerzo aumenta, la velocidad de deformación aumenta.

Efecto del esfuerzo sobre una curva de termofluencia.

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Velocidad de termofluencia secundaria o estacionaria

Figura 6.33 (Smith)La termofluencia estacionaria es lineal: el material no endurece

(ni se ablanda).Esfuerzo constante→derivada de/dt= constante.

Curva de termofluencia para una aleación base cobre ensayada a 220°C y 230 MPa.

Vida en servicio y a la fractura.• Para efectos de la deformación, se determina

experimentalmente y luego se diseña con la velocidad de la Termofluencia Secundaria.

• Para efectos de la fractura, se determinan las condiciones (temperatura, esfuerzo y tiempo) de fractura.

• Los montajes son similares, pero las condiciones de los ensayos de deformación son menos severas que las de los ensayos a la fractura.

Efecto de la Temperatura sobre la Velocidad de Termofluencia Secundaria

Fig. 6.34 Smith Acero inoxidable 316 a distintas temperatura.Al aumentar la temperatura, se puede obtener una misma velocidad de deformación aplicando un esfuerzo menor. También, a mayor temperatura, para un mismo nivel de esfuerzo se tiene una mayor velocidad de deformación

Tensión versus Tiempo de Fractura, a distintas Temperaturas. Acero inoxidable 316 (Austenítico Cr-Ni-Mo). Fig. 6.35 Smith

Nótese que las escalas son logarítmicas.

Para un mismo esfuerzo, al aumentar la temperatura el tiempo de fractura decrece.

También, para una misma temperatura, al aumentar el esfuerzo, el tiempo de fractura decrece.

Cuando se pasa de una recta a otra, a T constante, significa que hay un cambio del mecanismo microscópico de la deformación por creep.

Termofluencia

• Mecanismos de Deformación y de Falla

La alta temperatura y baja velocidad de deformación, hacen que la difusión atómica tenga un rol relevante sobre el comportamiento mecánico. Hay que recordar que la velocidad de difusión V se expresa por ecuaciones del tipo:V= a exp(-Q/RT)

De modo que expresiones como la anterior controlan el comportamiento mecánico en función de la temperatura.

Falla por termofluencia en un álabe de turbina de gas. Figura 6.31 Smith

• Un mecanismo de deformación importante en termofluencia es por deslizamiento de bordes de grano.

• Deformación local y fisuras por los bordes de grano.

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Fractura por Bordes de Grano en Termofluencia

Cavidades intergranularesV,J. Colangelo and F.A. Heiser, Analysis of Metallurgical

Failure, 2nd ed., John Wiley and Sons., Inc., 1987.

Para limitar el deslizamiento de bordes de grano en Termofluencia

http://users.encs.concordia.ca/~mmedraj/mech321/lecture%2012%20creep.pdf

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Parámetro de Larsen - Miller

Se usan gráficos Tensión de Rotura versus el parámetro PLM que es una combinación de Tiempo de Rotura y Temperatura.

• PLM = T(log tr + C)

T: Temperatura tr: tiempo de rotura, hC: constante, cercana a 20

• Figura 6.36 Smith

• Superaleaciones base Ni.

Tensión de Rotura versus

Parámetro de Larsen - Miller

Condiciones de servicio de componentes en la parte caliente de una turbina aeronáutica y de

una planta de energía.http://www.msm.cam.ac.uk/phase-trans/mphil/MP6-14.pdf

http://app.eng.ubu.ac.th/~edocs/f20061122Suriya99.pdf

Aleaciones Resistentes a Termofluencia• Ejemplo: Acero Fe-0.1C–2.25Cr–1Mo p.%, con precipitados.

El Cr también da resistencia a la oxidación. Tl . : 565 °C.

• Superaleaciones (1950). Por ejemplo, son aleaciones base:-Ni-Fe (p.e., Incoloy)-Ni (p.e.,Hastelloy, René, etc.) Tl .: 1.000 °C. -Co (p.e., Vitallium, etc.)

• Las aleaciones más resistentes a T altas (refractarias), son difíciles de fabricar por su alta Tf y su fragilidad a T bajas. También se requiere una alta resistencia a la corrosión.

• Se desarrollan materiales cerámicos, con la limitación de su fragilidad y la ventaja de su menor densidad.

Superaleacioneshttp://users.encs.concordia.ca/~mmedraj/mech321/lecture%2024%20materials%20codes%203.pdf

• Resistencia mecánica y a la oxidación a altas temperaturas

• Turbinas de vapor y a gas, y motores• Vehículos aeroespaciales• Matrices y herramientas para altas

temperaturas• Industria nuclear y química

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SUPERELASTICIDAD

• Un comportamiento de interés industrial cercano a la Termofluencia.

• Se da para un rango de temperaturas y de esfuerzo (o de velocidad de deformación)

• Temperaturas: 0,4-0,6 Tf.• Proceso en algunos minutos; de/dt > que en creep.• Tamaño de grano fino.

• Gran deformación en tracción (1.000 -3.000 %) sin estricción.

• A velocidad de deformación (verdadera) constante no hay endurecimiento.

Superplasticidad

Deformación Superplástica y Unión Difusional. (Componentes Aeronáutico)

(Superplastic Deformation and Diffusion Bonding)