domingo, abril 02, 2006

Metales a Bajas Temperaturas

2.1 Efecto de la baja temperatura sobre las propiedades mecánicas

Conforme la temperatura disminuye por debajo de la temperatura ambiente normal, aumenta la dureza, la resistencia a la cedencia y, con pocas excepciones, la resistencia límite y el módulo de elasticidad de todos los metales y aleaciones.
Respecto al efecto de la temperatura sobre la ductilidad, los metales se clasifican dentro de dos grupos distintos: los que permanecen dúctiles a bajas temperaturas y los que se hacen frágiles. Un indicio de la cantidad de ductilidad, o deformación plástica, antes de la fractura puede obtenerse de un estudio de la superficie de fractura. Una fractura tipo copa-cono es típica de un material dúctil, el cual ha fallado en esfuerzo cortante después de la deformación plástica bajo condiciones de tensión. Un material frágil falla por clivaje sin evidencia de deformación plástica. Conforme la temperatura disminuye, los metales cúbicos centrados en la cara se fracturan sólo por esfuerzo cortante y muestran un decremento gradual y continuo en ductilidad. Los metales con otras estructuras cristalinas pueden fallar por esfuerzo constante a temperatura ambiente, pero al bajar la temperatura el modo de fractura cambia de esfuerzo cortante (dúctil) a clivaje (frágil). El cambio en fractura aparece a menudo como una caída brusca en ductilidad.
Las fracturas por clivaje de miembros estructurales suelen ser repentinas e inesperadas y generalmente dan como resultado una catastrófica falla de la pieza. Durante la Segunda Guerra Mundial hubo gran interés en este problema cuando un número de barcos soldados fallaron en forma con rapidez casi explosiva. En algunos casos, el barco fue partido en dos. El acero utilizado para placas de barco era dúctil a temperaturas normales; aun así, la falla era de naturaleza frágil, con poca deformación plástica.

2.2 Efecto de la temperatura sobre la prueba de una barra muescada

Si las pruebas sobre acero se hacen a muchas temperaturas, una gráfica de energía absorbida contra temperaturas mostrará generalmente un intervalo de temperatura en que los valores de las cargas aplicadas con impacto caen bruscamente conforme la temperatura disminuye. Al mismo tiempo, el modo de fractura cambia desde un tipo fibroso-cortante predominante hasta uno cristalino-clivaje.
La temperatura a la cual aparece algún nivel específico de absorción de energía o fractura se define como temperatura de transición. En las especificaciones de la ASTM, se define como la temperatura a la cual las muestras exhiben una fractura de 50% por corte y 50% por clivaje. A menor temperatura de transición, mejor es el acero para resistir el efecto de fragilización causado por la concentración de esfuerzos, alta intensidad de cargas o bajas temperatura. El estudio de los datos disponibles para hierro y acero indica que su comportamiento a baja temperatura es afectado por dos clases de variables: Factores metalúrgicos y Factores mecánicos.

2.2.1 Factores metalúrgicos


Los factores metalúrgicos importantes interrelacionados que afectan el comportamiento a baja temperatura del hierro y acero son: la composición, desoxidación, tratamiento térmico y microestructura, condición de la superficie y tamaño del grano.
Al aumentar el contenido de carbono disminuye la resistencia a cargas aplicadas con impacto en una barra muescada a temperatura ambiente y eleva la temperatura de transición. La forma física del carbono también es importante. Cuando la cementita está esferoidizada, parece menos perjudicial para las propiedades a baja temperatura.
El Silicio, en cantidades hasta de 0.3% utilizado para desoxidar aceros, disminuye la temperatura de temperatura de transición y mejora la tenacidad de muesca porque se produce un acero más limpio y un grano ferrítico más uniforme. Mayores cantidades tienen el efecto contrario, y la presencia de 4% de silicio da como resultado una estructura frágil aun a temperatura ambiente.
El uso del aluminio agregado al silicio para la desoxidación del acero parece tener un efecto benéfico sobre la tenacidad de muesca de los aceros al medio carbono. La resistencia de cargas aplicadas con impacto a temperatura ambiente mejora y la temperatura de transición disminuye conforme la cantidad de aluminio se incrementa hasta 0.1% aproximadamente. El tamaño de grano ferrítico relativamente fino encontrando en los aceros al aluminio fundidos y forjados tratados en forma térmica contribuye en mucho a la tenacidad mejorada.
Para un tipo de acero y nivel de resistencia específicos, los aceros de grano fino tienen mayor tenacidad de muesca que los de grano grueso. La temperatura de transición disminuye conforme el tamaño de grano decrece. La condición de grano fino se debe generalmente a una práctica de desoxidación que utiliza silicio, aluminio o vanadio.
El níquel es el elemento de aleación más efectivo para aumentar la resistencia a la fragilización a baja temperatura en el acero y es uno de los elementos de aleación que mejora la ductilidad a baja temperatura del hierro. Las adiciones de níquel al acero incrementan la tenacidad a temperatura ambiente, disminuyen la temperatura de transición y amplían el intervalo de temperatura de transición.
La microestructura óptima para tenacidad a baja temperatura es la de martensita revenida. Esta estructura da la más alta tenacidad y la más baja temperatura de transición, comparadas con otras microestructuras de un acero específico. La tenacidad de muesca de la martensita disminuye al aumentar las cantidades de bainita, en tanto que la austenita retenida tiene sólo un ligero efecto sobre la temperatura de transición.

2.2.2 Factores mecánicos

Los factores mecánicos que afectan los resultados de las cargas aplicadas con impacto sobre una barra muescada son la concentración de esfuerzo y la intensidad de deformación. La concentración de esfuerzo está determinada por lo agudo de la muesca. Disminuir el radio de la muesca aumenta la concentración de esfuerzo, lo cual tiende a producir comportamiento frágil a mayores temperaturas. La intensidad de deformación está determinada por la velocidad de choque del péndulo, y la energía absorbida es muy sensible a la velocidad de choque cuando el acero está cerca de la temperatura de transición. Una velocidad de choque alta tiene el mismo efecto que disminuir la temperatura de prueba y tiende a exagerar el comportamiento frágil.
Para resumir, las propiedades óptimas de tenacidad de muesca se obtienen seleccionando un acero aleado al níquel, de grano fino, de bajo contenido de carbono muerto, el cual he sido templado a una estructura totalmente martensítica y revenido al nivel de dureza deseado.
Se debe destacar que los valores de las cargas aplicadas con impacto sobre una barra muescada son válidas sólo en las condiciones en que se lleve a cabo la prueba. Los resultados no pueden utilizarse en diseño y sirven sólo para comparar factores diferentes bajo aquellas condiciones. Cualquier intento para utilizar estos valores para diferentes estructuras de tamaño o distintas intensidades de deformación debe hacerse con extremo cuidado. Los valores llegan a ser significativos para diseño sólo cuando se correlacionan con una estructura particular en una clase de servicio específica.
Hecho Por:
Jorge Sayegh
Estudiante de Ingeniería de Mtto. Industrial (UGMA)
www.ugma.edu.ve

5 comentarios:

seloal dijo...

fuck you

seloal dijo...

FUCK YOUUUU

seloal dijo...

MIERDAAAAAAA

GAS-O dijo...

Mucha bla bla bla!! y poco tema de interes,lo que interesaria de verdad es tener una tabla donde se muestren valores aproximados del deterioro de los metales a bajas temperaturas,no lo veo por ningun lado

queseyonimeimportaponernombre dijo...

no lei nada de lo que puso jaja