CREEP RecuperacionDePiezas

Descripción de Termo-fluencia & Falla por termo-fluencia (Ejemplos)

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Introducción

Termo-fluencia = CREEP Es cualquier deformación inelástica permanente que ocurre cuando un material es sometido a un esfuerzo sostenido en un cierto tiempo y en un rango de temperatura definida. Puede producir cambios suficientemente grandes en las dimensiones de un componente como para inutilizarlo o fracturarlo

Las fallas por CREEP dependen de la aleación, la exposición tiempo-temperatura, condiciones de carga, geometría, factores metalúrgicos y entorno de trabajo Figura 2.- Grieta por CREEP en un alabe de turbina

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Figura 1.- Daño por CREEP (flexión) en un alabe de turbina de aleación base cobalto por sobre-calentamiento

Introducción

Termo-fluencia = CREEP Ocurre en cualquier metal o aleación a una temperatura en la que los átomos se vuelven los suficientemente móviles para permitir un reacomodo tiempo-dependiente de su estructura. Se considera que en un metal este comportamiento inicia en 0.3 – 0.5 TM Sin embargo, en los diseños debe determinarse la temperatura a la cual la resistencia mecánica de cada metal o aleación, esta limitada por CREEP

Tabla 1.- Temperaturas aproximadas del inicio del comportamiento CREEP de algunos metales y aleaciones

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Introducción

Termo-fluencia = CREEP

Tabla 2.- Materiales típicos y temperaturas de aplicación de algunas aleaciones resistentes al CREEP

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Descripción del comportamiento general por CREEP

Las curvas de deformación por CREEP de una prueba de carga constante describen típicamente (pero no siempre) tres etapas: •

Primera etapa. CREEP primario.- es la región de deformación elástica instantánea inicial de la carga aplicada, seguida por una región de deformación plástica creciente a una velocidad de deformación decreciente.

•

Segunda etapa. CREEP secundario.- la deformación CREEP es constante a una velocidad mínima CREEP. Esta región es llamada de el estado equilibrio de CREEP, debido a que la velocidad deformación es constante en un intervalo de tiempo.

•

Tercera Etapa. Tertiary CREEP.- en esta región de la curva se observa un incremento drástico en la velocidad de deformación por CREEP con una rápida extensión hasta la fractura.

por de de de

En una prueba de esfuerzo constante no se observa el comportamiento terciario. 5/16

Descripción fenomenológica del CREEP

Como resultado de cientos de investigaciones independientes, el CREEP puede ser descrito en forma simple, para una variedad de materiales que exhiben de igual forma una variedad de mecanismos, por la siguiente ecuación:

Donde: A, n, G, Qc ,

Constante del material Esfuerzo Modulo elástico de cortante Energía de activación para el CREEP

Se ha observado que la energía de activación para el CREEP es la misma que para la difusión por lo que el termino (–Qc/kT) es remplazado por la difusividad, D, del material 6/16

Cambios micro estructurales durante el CREEP

Cambios micro estructurales durante el CREEP • • • • •

Deslizamiento de bandas Deslizamiento de las fronteras de granos Formación y crecimiento de cavidades Agrietamiento Grafitización «in situ» de las aleaciones base hierro

La extensión de estos cambios es generalmente mayor cerca de los sitios de fractura comparadas con otras regiones La exposición prolongada a condiciones de CREEP pueden producir cambios micro estructurales como:

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• Precipitación de nuevas fases • Disolución o crecimiento de fases deseadas • Crecimiento de granos

Esfuerzo de Ruptura

Las pruebas de esfuerzo a la ruptura evalúan la resistencia a la ruptura mediante la determinación del tiempo a la fractura como función de la temperatura y el esfuerzo aplicado.

Figura 4.- Grafica logarítmica de esfuerzo-ruptura vs tiempo de ruptura de la aleación Co-Cr-Ni S-590 8/16

Figura 5.- Relación de la elongación y tiempo de ruptura para un aleación Co-Cr-Ni S-590 probada a dos temperaturas a diferentes esfuerzos

Elongación total: elongación en la fractura Elongación verdadera: elongación al final de la segunda etapa del CREEP

Esfuerzo de Ruptura

Tabla 3.- Ductilidad típica a temperaturas elevadas de un acero de baja aleación y un acero inoxidable tipo 316

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Ejemplos de fallas por CREEP

Figura 1.- Daño por CREEP (flexión) en un alabe de turbina de aleación base cobalto por sobre-calentamiento 10/16

Figura 2.- Grieta por CREEP en un alabe de turbina

Ejemplos de fallas por CREEP

Figura 3.- Deformación típica por CREEP en un alabe de turbina de avión. Se pueden apreciar las grietas inter-granulares que rodean a la grieta principal

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Ejemplos de fallas por CREEP

Figura 4.- Esfuerzo de ruptura en un tubo de caldera. (a) tubo fallado debido al esfuerzo de ruptura. (b) & (c) vacíos de esfuerzo-ruptura cercanos a la fractura

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Ejemplos de fallas por CREEP

Figura 5.- Fractura longitudinal causada por CREEP en un tubo de alta presión en una caldera a temperaturas prolongadas mayores a 10500C

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Ejemplos de fallas por CREEP

Figura 6.- Falla de tornillo de aleación Nimonic 80 A por CREEP en ductos de aire en una cámara de combustión que trabajaba a 6500C. (a) vista panorámica del lugar de los tornillos, (b) superficie de fractura, (c) superficie de fractura, vista de lado 14/16

Figura 7.- Fotomicrografías de secciones metalográficas cortadas a 900 de la superficie de fractura. (a) grietas secundarias avanzaron bajo la superficie de fractura. (b) se desarrollaron cavidades a través de las uniones triples de los bordes de grano (flechas rojas)

Ejemplos de fallas por CREEP

Figura 8.- Falla inducida por CREEP de una placa de una caldera. (a) Sección transversal pulida que muestra el encuellamiento, una característica del creep de corto plazo; (b) vacíos intergranulares (áreas oscuras) en una zona cercana a la superficie fracturada.

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Fin de la presentación

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