Ensayo De Termofluencia

DEFINICIÓN
La termofluencia (fluencia), o deformación gradual, es un proceso por el que un material se alarga a través del tiempo bajo una carga aplicada. Es un proceso activado por la temperatura, y esto significa que la rapidez de alargamiento, para determinado valor de esfuerzo, aumenta mucho con la temperatura. Por ejemplo, los alabes de turbina en los motores de reacción pueden alcanzaruna temperatura local de 1200ºC, por lo que el comportamiento de termofluencia es un factor básico para seleccionar materiales y procesos adecuados para esos álabes. Sin embargo, se debe hacer notar que el término alta temperatura es relativo, y que depende del material que se considera. Para los materiales de motores a reacción, la alta temperatura puede ser mayor que 800ºC, mientras que para lospolímeros y para la soldadura de estaño, ¡la alta temperatura puede ser 25ºC! El comportamiento de termofluencia es en extremo sensible a la microestructura del material, a su procesamiento anterior y a su historia mecánica, así como a su composición. Por consiguiente, es una propiedad importante de la que se puede sacar provecho a través de elecciones razonadas de composición e historia deprocesamiento.


ENSAYO DE TERMOFLUENCIA
Figura 1. Curva típica de termofluencia mostrando la deformación producida en función del tiempo para un esfuerzo y una temperatura constante.
Figura 1. Curva típica de termofluencia mostrando la deformación producida en función del tiempo para un esfuerzo y una temperatura constante.
Para determinar el comportamiento de un material, se utiliza el ensayode termofluecia en el cual se aplica un esfuerzo constante a una probeta calentada a alta temperatura. En cuanto se aplica el esfuerzo, la probeta se deforma elásticamente una pequeña cantidad ε0 (figura 1) que depende del esfuerzo aplicado y del módulo de elasticidad del material a esta temperatura.





















En la figura 1. Se ve unesquema de la curva de termofluencia. Al principio hay una deformación unitaria elástica ε0. Después, la fluencia comienza a cambiar con el tiempo. Vemos que, aunque la deformación por fluencia aumenta con el tiempo, la rapidez de fluencia en la región inicial disminuye al incrementarse el tiempo. En esencia, la subestructura interna (es decir, el arreglo de las dislocaciones) cambia para estar enequilibrio con la carga aplicada. A esta región se le llama etapa de termofluencia I, o primaria, y con frecuencia se describe con la ecuación:

ε=At1/3

Donde ε es la deformación por termofluencia. A es una constante del material y t es el tiempo.
En cierto punto se establece el equilibrio dinámico entre la carga aplicada y la microestructura del material, de modo que se alcanza una rapidezmínima de fluencia. En esta región hay una relación lineal entre la deformación por termofluencia y el tiempo:
ε=ε0+βt

en donde β es una constante del material. Esta región se llama etapa II, o secundaria, de termofluencia. Para temperaturas y cargas usuales en las aplicaciones ingenieriles, la etapa II dura mucho mas que cualquier otra etapa, y es la propiedad tecnológica más importante dela curva esfuerzo-deformación unitaria-tiempo. La rapidez de deformación en este régimen, llamada rapidez mínima de termofluencia β, se usa en los cálculos de la vida útil del componente.
Por último, cuando se ha tenido mucho alargamiento, comienzan a aparecer defectos grandes dentro del material, y su rapidez de alargamiento aumenta con rapidez. Es la llamada etapa III, o terciaria, de latermofluencia, y en ella la deformación crece en forma exponencial respecto al tiempo. La relación de deformacóón en función del tiempo, para esfuerzo constante en la etapa III se representa con:

ε=B+C exp⁡(γt)

En donde B, C y γ son constantes del material. Si bien la mayor parte de la deformación en la termofluencia se acumula durante la etapa III, esta deformación no es útil en sentido...