BBMATC466 – Estudio sobre de fenómenos de creep y creep-fatiga en metales y plásticos técnicos de uso industrial

Este proyecto propone investigar mediante experimentación y formulaciones numéricas, los procesos de deformaciones/fallas sostenidas a lo largo del tiempo en diversos tipos de materiales. Procesos que se encuadran en los denominados fenómenos de creep/viscoelasticidad, fatiga y sus interacciones. Los objetos de estudio específicos serán por un lado unas aleaciones base Níquel y por el otro lado polímeros de alta resistencia (para construcción de composites reforzados por fibras o bien los empleados en construcción aditiva de componentes tecnológicos de servicio intenso). Tanto en un caso como en otro existe información fragmentada e incompleta como para desarrollar modelos constitutivos de cálculo con los cuales evaluar (con enfoques computacionales) el comportamiento de componentes tecnológicos construidos con tales materiales bajo condiciones operativas reales. La motivación de este proyecto radica en la presencia de plantas industriales en la región de influencia de la Facultad Regional Bahía Blanca, donde las instalaciones, con componentes de metales aleados, se ven expuestas a largos períodos de trabajo a altas temperaturas y tensiones y en ciclos de carga variables (e.g. generadoras de electricidad, petroquímicas, talleres aeronavales, entre otras), como también en casos de estructuras con grandes desplazamientos y ciclos variables de carga ambiental en plásticos tecnológicos (como en los álabes de aerogeneradores). A su vez la aparición disruptiva de las tecnologías de construcción aditiva de polímeros sea como deposición de filamentos (FDM) o como sinterizado de polvos (SPS) o resinas (DLP) permite reemplazar componentes industriales.

En el caso de las aleaciones base Níquel, se evaluarán con mayor detalle, aquellas que se utilizan en la fabricación de caños y tuberías para servicio a alta temperatura: Inconel 601 (60% Ni – 25% Cr), el Incoloy 800 (30% Ni – 20% Cr) y el acero HP modificado con Nb. Para estas aleaciones, se estudiará el creep, la fatiga, y la interacción creep-fatiga, simulando en forma experimental el proceso y se evaluarán los mecanismos de daño que producen la pérdida de la resistencia mecánica. Bajo carga constante y alta temperatura en la aleación, se producirá una deformación continua en el tiempo que eventualmente fallará por termofluencia (creep); en cambio si la aleación está sometida a cambios cíclicos de temperatura y/o tensión se produce fatiga y si se dan los dos fenómenos simultáneamente entonces se produce una interacción creep – fatiga. En especial estos fenómenos, tienen un efecto muy perjudicial sobre la duración de los componentes; se sabe que las deformaciones por creep reducen la vida a la fatiga y/o las deformaciones por fatiga disminuyen ampliamente la vida al creep. Se pretende conocer los mecanismos de deformación que operan y analizar la evolución de la microestructura bajo las condiciones de servicio. En el caso de los polímeros impresos y los reforzados por fibras se pretende profundizar en la identificación de los patrones de falla asociados a viscoelasticidad, fatiga local y global, en los polímeros mayormente empleados para la construcción de componentes impresos (como Poli Oxi Metileno o POM, Acrilonitrilo Estireno Acrilato o ASA, Policarbonato o PC, etc.) y resinas reforzadas con fibras (epoxi con fibras de carbono, poliamida con fibras de vidrio, etc.).  

Se emplearán métodos como el de Taguchi o Superficie de Respuesta para la construcción y diseño de experimentos, junto con enfoques de identificación de propiedades de modelos a través de inferencia bayesiana para caracterizar leyes de comportamiento de los materiales mencionados en el párrafo anterior. A su vez se empleará el principio de correspondencia para identificar las funciones de relajación, fluencia en los ensayos de viscoelasticidad y creep con el propósito de proponer modelos constitutivos y modelos de cálculo adecuados con la realidad.

En conclusión, el proyecto se desarrollará en tres líneas medulares con conexiones entre sí. Una línea de caracterización experimental de materiales y/o componentes (ensayos clásicos, de creep, de visco-elasticidad, de fatiga, microscopía de alta calidad) con sublíneas para aleaciones base Ni y otra para plásticos. Otra línea de índole analítica/teórica y una última línea de instrumentación asociada a la implementación de variantes de ensayos o eventual construcción de pequeños bancos de prueba para ensayar componentes en particular que sean aplicaciones de criterios de análisis y estudio surgidos en las otras dos líneas.