o 2) contrarrestar el fenómeno, por ejemplo, a través de la precipitación de fases duras finas, que se opongan al movimiento de las dislocaciones (endurecimiento por deformación).
La deformación total por termofluencia estará compuesta de: (1) la debida al deslizamiento interno de los granos y (2) la producida por el deslizamiento entre granos. En la termofluencia primaria y secundaria predomina el deslizamiento interno de los granos, pero cerca del final de la termofluencia secundaria y, especialmente en la terciaria, el deslizamiento entre granos cobrará relevancia si se está por encima de la temperatura equicohesiva, facilitando así la formación de microvacíos entre granos, el agrietamiento y, finalmente, la fractura intergranular. Por debajo de la temperatura equicohesiva predominará durante todo el fenómeno la deformación por deslizamiento interno de los granos, desembocando al final en fractura transgranular.
Durante la termofluencia primaria, debido a que las dislocaciones no están apiladas contra obstáculos, se tienen altas velocidades de deformación, pero este proceso rápidamente genera una gran cantidad de dislocaciones nuevas y apilamientos que aumentan el endurecimiento por deformación, contrarrestando dicha velocidad; de no haber recuperación térmica, la deformación plástica cesaría, sin embargo, por la aniquilación y movilidad de las dislocaciones, se alcanza el estado de equilibrio, a partir del cual inicia la termofluencia secundaria. En la termofluencia secundaria se tiene un arreglo estable de dislocaciones en el interior de los granos, lo que permite tener una rata de deformación aproximadamente constante, a partir de la cual se pueden hacer cálculos de vida de las piezas. El arreglo estable de dislocaciones se facilita en aleaciones con alta energía de apilamiento, lo cual favorece la formación de subgranos de bajo ángulo; en aleaciones con baja energía de apilamiento se tiende más a recristalizar. En la termofluencia terciaria puede darse acuellamiento (inestabilidad plástica que incrementa los esfuerzos localmente) y/o recristalización del material, lo cual aumenta la movilidad de las dislocaciones aumentando la velocidad de deformación.
Figura 2.22 Esquematización del mecanismo de deformación plástica por termofluencia
Nota. (a) Material en estado original, donde en rojo se esquematizan las dislocaciones; (b) ante el esfuerzo se produce deslizamiento intragranular, generando, desplazando y apilando las dislocaciones contra obstáculos; (c) la recuperación térmica disminuye y mantiene el número y configuración de dislocaciones, recristaliza los granos y hay cambios microestructurales (las esferas negras indican a manera de ejemplo la globulización de una fase); (d) se da deslizamiento intergranular, especialmente si se está por encima de la temperatura equicohesiva; (e) el deslizamiento intergranular y la difusión de vacancias generan microvacíos (verdes), en límites de grano; (f) si la temperatura es inferior a la equicohesiva, se formarán microvacíos intragranulares (verdes), en sitios de alta energía, como consecuencia principalmente del deslizamiento intragranular. En la figura 3.100 se muestra la fase final de este mecanismo, cuando termina en agrietamiento o fractura intergranular o transgranular.
Fuente: elaboración propia.
Si por encima de la temperatura equicohesiva, la formación de microvacíos en los límites de grano se concentra en puntos de intersección de tres granos, se les llama microvacíos del tipo cuña, por su forma típica, siendo consecuencia especialmente del deslizamiento entre granos; los microvacíos también se pueden formar entre dos granos, llamándoseles en este caso microvacíos del tipo redondeado, los cuales se forman principalmente por la difusión de átomos y vacancias. La formación de los microvacíos del tipo cuña es común, cuando se apliquen altos valores de esfuerzo y se tengan temperaturas no tan elevadas (pero superiores a la equicohesiva), donde predomina el deslizamiento entre los cristales. Estos microvacíos pueden iniciar su formación a partir del clivaje de partículas de segunda fase, ubicadas en los límites de grano. La formación de los microvacíos del tipo redondeado es común cuando se apliquen bajas velocidades de deformación y altas temperaturas, lo que favorece la difusión de vacancias en los límites de grano. A esfuerzos bajos estos microvacíos se pueden formar en el interior de los granos, en las interfaces de la matriz con partículas de segunda fase. Los microvacíos también pueden ser consecuencia de diferencias en las ratas de deformación interna entre granos adyacentes. A la formación de microvacíos en límites de grano por termofluencia se le suele denominar cavitación por termofluencia.
Algunas de las transformaciones microestructurales más comunes que se pueden dar a alta temperatura son, a saber: (1) precipitación de nuevas fases, por ejemplo, la sensibilización de aceros inoxidables, donde se precipitan en límites de grano carburos de cromo; (2) crecimiento de fases, debido, por ejemplo, al sobreenvejecimiento; (3) disolución de fases, como disolución de inclusiones, carburos, etcétera; (4) crecimiento de grano; (5) recristalización, donde granos deformados previos a la termofluencia o generados en esta se regeneran; (6) oxidación de las superficies por el contacto con atmósferas oxidantes a alta temperatura; (7) fragilización a alta temperatura, producto de la difusión a límites de grano de elementos químicos fragilizantes, como el fósforo, el azufre, el cobre, el arsénico, el antimonio y el estaño para el caso de los aceros, lo cual está relacionado con el mecanismo de fragilización dinámica (véase numeral 3.14).
En aceros ferrito perlíticos o ferrito bainíticos (muy usados en tuberías para calderas), los cambios microestructurales más comunes a alta temperatura, que desembocan en una reducción de la resistencia a la termofluencia (disminución de la vida de servicio y/o aumento de la velocidad de deformación y/o merma en la capacidad de carga), son los siguientes: (a) esferoidización y embastecimiento de los carburos de la perlita y de la bainita, lo cual facilita el movimiento de las dislocaciones; (b) grafitización, donde el carburo de hierro se descompone parcialmente para formar grafito, lo cual facilita el movimiento de las dislocaciones y además concentra el esfuerzo alrededor de los nódulos grafíticos. La adición de cromo a los aceros retarda la posibilidad de grafitizar, y la estructura ferrito-bainítica muestra una mayor resistencia a la esferoidización que la ferrito-perlítica. Los aceros ferrito-bainíticos o perlíticos al cromo molibdeno, y los aceros inoxidables austeníticos muestran alta resistencia a la termofluencia, comparada con la de otros tipos de aceros (baja velocidad de deformación y mayor tolerancia al daño por agrietamiento).
En algunos aceros y aleaciones de níquel, la presencia de ciertos tipos de carburos y de ciertas morfologías incrementan la resistencia a la fluencia lenta. En las aleaciones de níquel para alta temperatura (álabes de turbinas), se logran bajas ratas de deformación por termofluencia mediante: (1) precipitación masiva de la fase
2.2.4.2 Análisis de piezas deformadas por termofluencia
Una pieza se deformará plásticamente por termofluencia cuando: (1) se opere a una temperatura tal, que por recuperación térmica se contrarreste el endurecimiento por deformación; (2) exista una carga constante en el tiempo —también puede ser variable, en cuyo caso se habla de fatiga termomecánica (véase numeral 3.16)—; y (3) se da el tiempo suficiente para que se manifieste un determinado nivel de deformación.
A simple vista, las piezas con deformación plástica por termofluencia mostrarán distorsión permanente
