que otras.
En ensayos de termofluencia es común definir dos medidas de ductilidad, una es la elongación verdadera al final de la termofluencia secundaria y la otra es la elongación total a fractura. La ductilidad verdadera es preferida a la ductilidad total, porque está menos influenciada por microvacíos, grietas o inestabilidades plásticas (acuellamientos). Las piezas fundidas presentan datos de ductilidad más dispersos que las piezas forjadas, derivado de la mayor presencia de discontinuidades e inhomogeneidades. Piezas que trabajan a altas temperaturas, como partes de motores térmicos, se diseñan para que su tiempo de servicio coincida con una deformación verdadera máxima admisible, la cual puede ser por ejemplo del 1 %; esta deformación máxima debe coincidir con el final de la termofluencia secundaria, de forma que el factor de seguridad en vida de servicio abarque al menos la termofluencia terciaria.
Figura 2.21 Influencia general del nivel de esfuerzo o de la temperatura para una aleación metálica
Nota. Diagrama que muestra la influencia general del nivel de esfuerzo o de la temperatura para una aleación metálica en la forma de las curvas de termofluencia, en las velocidades de deformación, en el tiempo a fractura y en la deformación a fractura.
Fuente: elaboración propia.
2.2.4.1 Mecanismos de la distorsión por fluencia lenta en metales
La temperatura a partir de la cual el fenómeno de la termofluencia se vuelve importante en metales cambia de una aleación a otra, estando generalmente entre un 30 y 50 % de la temperatura de fusión absoluta del material (tabla 2.5). El fenómeno de la termofluencia en las aleaciones se activa cuando la energía térmica asociada con la temperatura del material es lo suficientemente grande para darle a los átomos un mínimo de movilidad que les permita contrarrestar los fenómenos del endurecimiento por deformación (recuperación térmica), facilitándose así el comportamiento viscoso (deformación plástica a esfuerzo constante). El comportamiento viscoso se vuelve predominante al darse entre otros fenómenos: (a) un mayor número de sistemas de deslizamiento dentro de los granos; (b) el trepado de las dislocaciones alrededor de los obstáculos; (c) mayor difusividad de átomos y vacancias dentro del material, que faciliten la neutralización del exceso de dislocaciones generadas; (d) activación del deslizamiento entre los granos.
Tabla 2.5 Temperaturas típicas de inicio del fenómeno de la termofluencia para varias familias de aleaciones metálicas [9]
| Material | Temperatura en oC |
| Aleaciones de aluminio | 150-200 (0,48-0,54 TF) |
| Aleaciones de titanio | 315 (0,3 TF) |
| Aceros de baja aleación | 370 (0,36 TF) |
| Aceros inoxidables austeníticos y refractarios | 540 (0,49 TF) |
| Aleaciones base níquel o cobalto resistentes al calor | 650 (0,56 TF) |
| Aleaciones refractarias | 980-1540 (0,4-0,45 TF) |
Nota: TF es la temperatura de fusión absoluta de la aleación.
Dentro del fenómeno de la termofluencia en metales, existe una temperatura importante que se conoce como temperatura equicohesiva, y corresponde a la temperatura donde la aleación muestra la misma resistencia en límites de grano y en el interior de estos (de ahí su nombre). Por debajo de esta temperatura los metales exhiben una mayor resistencia en los límites de grano, mientras que, a mayores temperaturas de la equicohesiva, la resistencia del interior de los granos será mayor. Como consecuencia de lo anterior, si la termofluencia se da a una temperatura mayor de la equicohesiva, en el material se fomentará la formación de microvacíos en los límites de grano, producto del deslizamiento entre estos y la difusión de vacancias, lo que llevará en últimas a fracturas intergranulares por fluencia lenta; mientras que por debajo de esta temperatura predominarán fracturas transgranulares dúctiles, es decir, por formación y coalescencia de microvacíos intragranulares. La temperatura equicohesiva será alta, cuando se tengan esfuerzos bajos y tiempos de exposición bajos, y será baja para tiempos de exposición prolongados y altos esfuerzos.
Las variables más importantes que influyen en la termofluencia son, a saber: (a) la aleación, ya que existen aleaciones más resistentes que otras, es decir, pueden tener mayores tiempos de fractura, y/o mayor capacidad de soportar esfuerzos, y/o menor velocidad de deformación, además de ser más resistentes a experimentar transformaciones microestructurales a la temperatura de trabajo; (b) la temperatura, teniéndose que entre más alta sea esta, se obtendrá una mayor velocidad de deformación, mayor deformación total y menor tiempo de vida (figura 2.21); (c) el nivel de carga, presentándose una mayor velocidad de deformación, mayor deformación total y menor tiempo de vida al aumentar el valor de los esfuerzos (figura 2.21); (d) el tiempo de exposición, donde entre más tiempo de trabajo sea expuesto el material a carga a altas temperaturas, se tendrá una menor vida de servicio; (e) la geometría, acentuándose la deformación plástica y el agrietamiento en los concentradores de esfuerzo; (f) el medio ambiente, ya que a altas temperaturas es común que se tenga oxidación, lo cual podrá acentuar el agrietamiento superficial, vía la oxidación intergranular, y/o disminuir el tiempo de servicio por la reducción de espesores y el aumento de esfuerzos asociado.
En aleaciones metálicas el mecanismo propuesto de deformación plástica por fluencia lenta es el siguiente (figura 2.22): (a) el esfuerzo aplicado al material produce deformación plástica, vía la generación y movimiento de dislocaciones dentro de los granos, lo cual empezará a generar endurecimiento por deformación en la medida en que haya más dislocaciones y estén apiladas contra obstáculos (partículas de segunda fase, límites de grano, etcétera); (b) la alta temperatura implica la presencia de un alto número de vacancias y elevada movilidad de los átomos y, por lo tanto, de estas vacancias (difusividad); lo anterior hace que continuamente se esté anulando el exceso de dislocaciones producidas en la deformación plástica, favoreciéndose que estas puedan superar los obstáculos trepándolos, y se faciliten procesos de recristalización por migración de límites de grano; a esto se le conoce como recuperación térmica, y, por lo tanto, contrarresta al endurecimiento por deformación; (c) el endurecimiento por deformación y la recuperación térmica alcanzan un equilibrio donde se forman configuraciones de dislocaciones estables en el interior de los granos, lo que significa que la velocidad de creación de dislocaciones se iguala con la de su neutralización, teniéndose así la posibilidad de tener fluencia a carga constante (el hecho de estar creando dislocaciones implica tener deslizamiento); (d) aparte del deslizamiento interno en los granos, también se presenta deslizamiento entre los límites de grano; (e) formación de microvacíos en límites de grano por encima de la temperatura equicohesiva, lo cual es consecuencia del deslizamiento entre los granos y/o de la difusión de átomos y vacancias por la elevada temperatura; este fenómeno desembocará en coalescencia de microvacíos y agrietamiento intergranular; (f) formación de microvacíos en el interior de los granos por debajo de la temperatura equicohesiva, los cuales se forman en partículas de segunda fase, inclusiones o zonas de alta energía; este fenómeno desembocará en coalescencia de microvacíos y agrietamiento transgranular; (g) transformaciones microestructurales a la temperatura y nivel
