Influencia de los factores metalúrgicos en la tenacidad. En la figura 1 se muestra la dependencia entre la energía de impacto y la temperatura.

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Juana Toledo Vega
hace 6 años
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1 Correlaciones empíricas Influencia de los factores metalúrgicos En la figura 1 se muestra la dependencia entre la energía de impacto y la temperatura. Energía CVN Acero y = 80 MPa Acero 560 Acero 910 Acero 1400 Titanio 770 Aluminio 70 Temperatura Figura 1. Energía de impacto en función de la temperatura. Tal como se puede observar en la figura 1, existe una marcada disminución de la energía absorbida para el caso de aceros con bajo límite elástico y bajo contenido de carbono. Se distinguen en estos materiales tres zonas: Alta energía absorbida o upper shelf Baja energía absorbida lower shelf Temperatura de transición Al aumentar el límite elástico en los aceros y en el caso de las aleaciones de alta resistencia de aluminio y titanio, los valores de la energía del plateau superior disminuyen. Comportamiento Mecánico de Materiales - Dr. Alberto Monsalve González 9-1

2 Correlación upper shelf - KIC En la figura se muestra una correlación entre la energía Charpy en el upper-shelf y el valor de KIC en una serie amplia de aceros. 0,10 0,08 K IC m y 0,06 0,04 0,0 0,00 0,00 0,0 0,04 0,06 0,08 0,10 0,1 0,14 CVN / y (J / MPa) Figura. Correlación entre la energía de Charpy en el Upper-shelf y K IC. Los aceros estudiados tienen límites elásticos entre 760 y 1700 MPa, con KIC desde 96 hasta 70 MPa m 1/. Las energías Charpy van desde 1,7 a 11 J. La correlación es: K y IC CVN 0,646 y 6,35x10 3 CVN, el valor de la energía de impacto se expresa en J, KIC se expresa en MPa m 1/ y y, el límite elástico, se expresa en MPa. Correlación KIC-CVN en la zona de transición. Begley y Longsdon propusieron el siguiente método empírico, descrito a continuación, ver figura 3 : a) Obtener la curva completa de Charpy para toda la gama de temperaturas. b) Obtener el límite elástico para la zona upper-shelf y para la zona lower shelf. Comportamiento Mecánico de Materiales - Dr. Alberto Monsalve González 9 -

3 c) Obtener la curva completa de apariencia a la fractura frente a la temperatura. d) Para la temperatura más alta correspondiente al 100% de apariencia frágil, proponen el siguiente valor KIC = 0,0716 y e) Para la temperatura más baja al 100% de apariencia dúctil K y IC CVN 0,646 y 6,35x10 3 f) Para la temperatura correspondiente al 50% de apariencia frágil se toma el valor medio de los dos anteriores. g) Para la temperatura de 196 C tomar el valor KIC=7,5 MPa m 1/. h) Finalmente usar los cuatro puntos mediante líneas rectas. Este método no es aplicable a aceros con límite elástico inferior a MPa. Figura 3. Método Begley y Logsdon para determinar K IC. Para KId CVN de impacto y KIC CVN para flexión lenta, se puede plantear la relación K IC E A CVN con A entre 5,x10-4 y 6,5x10-4 MN/Jm, ver figura 4. Comportamiento Mecánico de Materiales - Dr. Alberto Monsalve González 9-3

4 50 K IC E ( MN m) A = 6.5 x 10-4 A = 5. x Energía CVN (J) Figura 4. Relación entre K IC y CVN. En la figura 5 se muestra la variación de KIC y de KId con la temperatura en diversos aceros en la zona baja de transición. Se encuentra que las curvas KIC son prácticamente idénticas a las KId, trasladadas una cierta cantidad Td hacia temperaturas más bajas. (MPa K IC m ) K Id T d = 30 C Acero A517F y = 750 MPa Temperatura ( C) Figura 5. Correlación entre K IC y la temperatura. La temperatura Td depende del esfuerzo de fluencia según lo que se muestra en la figura 6. Td 119 0,1 y 50 y 1000MPa T d 0 y 1000MPa Esto permite estimar KIC en las regiones bajas de transición a partir del CVN de la siguiente forma: Comportamiento Mecánico de Materiales - Dr. Alberto Monsalve González 9-4

5 a) Obtener la curva CVN frente a la temperatura en la región de transición. b) Medir el límite elástico del acero a temperatura ambiente. K c) Calcular KId a partir de IC ACVN E d) Desplazar los resultados de KId hacia temperaturas inferiores una cantidad Td calculada por la ecuación anterior, para obtener los correspondientes de KIC T d ( C) Limite Elástico y (MPa) Figura 6. Dependencia de T d con el límite elástico. Comportamiento Mecánico de Materiales - Dr. Alberto Monsalve González 9-5

6 Influencia de la microestructura A continuación se muestra en la figura 6, la influencia de la microestructura a la fractura. Este tipo de fractura transgranular se produce por descohesión de planos específicos del material. Es típica en aceros de media y baja resistencia. Este tipo de fractura es intergranular y ocurre con la presencia de una fase frágil en el borde de grano. Es típica de aceros templados y revenidos entre 50 y 300 C (precipitados de Fe3C). En el caso de aceros austeníticos, los precipitados están constituidos por partículas ricas en Sn, P y S. t d Este es un tipo de fractura intergranular asociada a precipitados gruesos en bordes de grano (MnS y carburos en aceros; precipitados, MgZn en el caso de aleaciones de aluminio sobre envejecidas). Fractura dúctil asociada a la presencia de partículas de tamaño pequeño y grandes. La grieta comienza por las partículas grandes y avanza por las partículas pequeñas. Comportamiento Mecánico de Materiales - Dr. Alberto Monsalve González 9-6

7 t>d t d Caso de propagación dúctil de grietas por coalescencia de cavidades, ocurriendo una descohesión entre las partículas de gran tamaño y la matriz. Las partículas pueden ser MnS u otras. Fractura dúctil por coalescencia de cavidades producidas por partículas pequeñas, por ejemplo, carburos en aceros revenidos y precipitados de Ni3Al en aceros maraging. Fractura producida por partículas de material blando en las juntas de grano, por ejemplo, películas finas de austenita residual entre lajas de martensita. Este tipo de fractura se debe a la creación de grietas por deslizamiento de planos activos y por interacción de planos de deslizamiento activos y bordes de grano. Por ejemplo, el caso de aleaciones de aluminio envejecidas. Comportamiento Mecánico de Materiales - Dr. Alberto Monsalve González 9-7

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