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COMPORTAMIENTO DE LOS MATERIALES
A TEMPERATURAS ELEVADAS
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Temperatura
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A. Etapas de Creep
I: Creep Primario
II: Creep Secundario
III: Creep Terciario
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B. Condiciones para el desarrollo del Creep
1. Tensin
2. Temperatura
3. Tiempo
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C. Variacin en funcin a la temperatura
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D. Variacin en funcin a la tensin
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E. CRITERIOS DE CALCULO
1) Fluencia lenta: vida til prolongada
2) Traccin hasta la rotura: vida til breve
deformacin
tiempo
Aumento tensin
100000hs
1%
?Tensin
admisible
Fluencia lenta: vida til prolongada
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deformacin
tiempo
Aumento temperatura
Tiempo de
servicio
Tensin admisible
?Temperatura
de trabajo
Traccin hasta la rotura: vida til breve
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F. Mecanismos de Creep
I: Movimiento de dislocaciones: el movimiento de dislocaciones representa su movilidad planos de
deslizamiento o trepados. En Creep el movimiento es asistido por mecanismos asociados a la
difusin de vacancias y tomos intersticiales. 10-4
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III: Coalescencia de Carburos: degradacin microestructural de la perlita, y modificacin de precipitados.
Su prevalencia esta en funcin de la microestructura y los valores bajos de Temperatura
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G. Metodos de evaluacion
1. Evaluacin Terica (Mtodo Grfico)
Deformacin aceptada: 1% en 100.000 horas.
Datos input:R=solicitacin de rotura por creep
e=solicitacin durante operacinP=presin de operacin interna
D=dimetro externo
t=espesor mnimo de pared
k=factor de variaciones de las caract. Inicial material (1,6)
PLM=Parmetro Larson-Miller
C=constante, 20Ac ferrtico, 15Ac Austentico
T=temperatura en K
e= P(D-t)/2tPLM = T (C + log tiempo)
Stress (MPa)
Larson-Miller Parameter (P/1000)
Figura : Yield stress and ultimate tensile strength of V-15Cr-5Ti (ANL 101).
De formulas se obtiene el PLM actual, del graficoobtenemos el PLM de final de vida til que deber ser
comparado con el actual para determinar el periodo de
vida til consumido y por lo tanto el valor de vida
remanente
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2. Evaluacin Experimental, Mtodo Cuantitativo:
Cuantificacin de microcavidades
A=bordes con cavidades/bordes sin cavidades
Mediante grficos experimentales se determina el tiempo de vida remanente.
Ej l 1 S b l t d t i i I IIna
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Ejemplo1: Sobrecalentador terciario:
A=BdeG c/cavidades/BdeG s/cavidades
Por Lneas paralelas direccin mximo esfuerzo.
Segn la lnea I, A=2/6=0,33
Segn la lnea II, A=3/8=0,375
Para A = 0,375, cavidades aisladas,
I II
Direccinmxima
cargaporpresininterna
Estimacin grfica t/tr=0,86 por lo cual se ha
consumido un 86% de la vida til, quedando 14% devida remanente.
Habiendo pasado 100740hs en 21aos, bajo las
condiciones histricas de utilizacin y operacin, se
estima una vida til de 2,5aos.
Realizar Rplica Metalogrfica en un ao. .
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A continuacin veremos ejemplos de los 6 Estadios de degradacin identificados desde la letra A hasta la F.
Estadio A: En un acero al carbono sobre unamatriz ferrtica las colonias de perlita poseen
las laminas en forma laminar.
Estadio de degradacin microestructural A.
Ntese que la perlita esta claramente en forma
laminar, si sufrir ningn mecanismo de
degradacin.
Estadio B: En un acero al carbono sobre unamatriz ferrtica las colonias de perlita poseen
las laminas en forma laminar y comienza
parcialmente la globulizacin.
Estadio de degradacin microestructural B.
3. Evaluacin Experimental, Mtodo Cualitativo 1:
Evaluacin de precipitados (Neubauer): Evaluacin por comparativa con muestras
experimentales de distintos estadios de transformacin.
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Estadio C: En un acero al carbono sobre una
matriz ferrtica las colonias de perlita poseen
las laminas totalmente globulizadas.
Estadio de degradacin microestructural C.
Encontramos la perlita casi totalmente
globulizada conservando la morfologa de
colonia.
Estadio D: En un acero al carbono sobre una
matriz ferrtica las colonias de perlita poseen las
laminas totalmente globulizadas. Y comienza la
precipitacin en lmite de grano.
Estadio de degradacin microestructural D.
Esferoidizacin completa, pero los carburos siguen
agrupados en sus colonias perlticas originales.
Comienza la precipitacin en los lmites de grano.
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Estadio E: Carburos homogneamente
dispersos (No existen trazas de la
microestructura ferrtico-perltica anterior.
Estadio de degradacin microestructural E.
Estadio F: Carburos igualmente dispersos,
pero una gran cantidad de los mismos son
gruesos, algunos coalescen en forma continua
con otros.
Estadio de degradacin microestructural F.
Obsrvese que los carburos en lmite de grano
comienzan a formar cadenas continuas y
fragilizan notablemente esta zona.
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Ejemplo1: Cuerpo colector Sobrecalentador terciario:
Esta estructura si bien es la de mayor avance del mecanismo de dao, es representativa del conjunto. Se observa la
globulizacin total de la perlita, conservando los patrones de granos perlticos. Se recomienda controlar evolucin en un tiempo
no mayor a 12 meses.
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4. Evaluacin Experimental, Mtodo Cualitativo 2:
Evaluacin de microcavidades: Evaluacin por comparativa con muestras
experimentales de distintos estadios de transformacin.
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Micrografa soldadura de entrada
Se Observan microfisuras por creep, habindose agotado la vida til del componente, requiriendo la reparacin reconstruyendo la
soldadura a metal base sano. El resto de las soldaduras relevadas mediante rplicas metalogrficas no evidencia este dao.
Ejemplo1: Soldadura colector Sobrecalentador terciario:
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1. Creep Frgil: por embridamiento
H. Consideraciones especiales
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2. Acero Inoxidable
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Ci
Cf
CiCf
3. Micro segregacin
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MO por tamao disminuye difusin
Cr carburos estables a altas temeperaturas
Cr aumenta resistencia oxidacin
De 560C a 650C Inox austenticos
Ms 650C aleac Ni y W (tugsteno)
Inconel 15%Cr 75%Ni
Vitalium 62%W 3%Ni 55Mo
Base Ni +Al y Ti AlNi3Ti fase
intermetalica estable
Ms 800C Superaleaciones complejas
Refract Aloy 26 18%Cr 37%Ni 20%Co
2%Ti 3%Mo 18%Fe 0,2%Al
0,05%C
4. Aleaciones para
servicio a altas
temperaturas
(composicin qumica)
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TG grandes aumentan la resistencia al creep
ZAC disminuye resistencia a creep
Aleaciones moldeadas mejor que forjadas (al revs que fatiga)
Temple y revenido mejor que normalizado
Carbono en forma de cementita laminar, mejor que globular, mejor que grafito
5. Influencia Deformacin previa
6. Influencia Microestructura
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i. Dao Por Sobre-Calentamiento Rpido (obstruccin a la circulacin)
Rotura con forma de boca de pescado de labios finos
7. Ejemplos
ii. Dao por Creep en Sobrecalentador por Depsito Interno
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iii. Dao por Creep en Caera de Vapor Vivo
ZAC caera vapor vivoFisuras y Microvacos alineados
NOTA: Caera recuperada eliminndose la soldadura y zona ZAC, el material baseno presentaba dao por creep.
iv. Grietas de Creep en Tubos de Sobrecalentador (diseo inadecuado)
Sobrecalentador. Las soldaduras producen restricciones de los
movimientos relativos acentuando la formacin de grietas porcreep (intergranular en ZAC). Se recomend diseo unin mvil.
Ubicacin de las grietas
Grieta
intergranular
en ZAC
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v. Dao por Creep Localizado por Deposito Interno (bubones)
Los tubos presentan depsitos internos en particular en zonas de alta transferencia trmica. Se observan en los
tubos modificaciones microestructurales debido a sobre temperatura como consecuencia de la presencia
de depsitos internos, adems de problemas operativos (rgimen de purga)
Se recomienda lavado qumico, reformular el tratamiento de agua y controlar el rgimen de purga.
vi. Dao por Transformacin Microestructural en Material X20 (Tubos Pared de Pantalla)
Composicin Qumica
Cmx 0.20
Mn 0.55
Silicio 0.20
Cr mx* 11.7
Mo mx* 1.0
Ni mx* 0.55
Vanadio
mx*
0.30
Estructura Martenstica Estructura Transformada con Precipitacin
de Carburos