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Tema 2 IntegridadyFallas

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  • 8/19/2019 Tema 2 IntegridadyFallas

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    LOS MATERIALES  Y EL DISEÑO EN INGENIERÍA  

    PROF. A. ROSALES 

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    L A  EVOLUCIÓN DE LOS M ATERIALES 

    La evolución histórica de

    muchos artefactos osistemas ingenieriles ha

    sido el producto de

    avances en materiales y

    procesos de

    manufactura.Fundición

    de hierroBronce Polipropileno

    1880 1960 2010

    AspiradorasLa necesidad de operareficientemente han sometidoa los materiales a condicionescada vez más exigentes: altosesfuerzos y temperaturas,ambientes agresivos, etc.

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    LOS M ATERIALES EN LA  HISTORIA  

  • 8/19/2019 Tema 2 IntegridadyFallas

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    LOS M ATERIALES EN INGENIERÍA  

    El diseño de nuevos materiales y la

    disponibilidad de procesos demanufactura avanzados han permitido

    el desarrollo de equipos más

    duraderos, confiables y eficientes

    La selección adecuada de

    los materiales paradeterminadas condiciones de

    operación garantizaran

    máxima durabilidad y unóptimo desempeño.

  • 8/19/2019 Tema 2 IntegridadyFallas

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    LOS M ATERIALES EN INGENIERÍA  

    En un sistema cada componente

    cumple una función, por lo quedebe ser de un material específicobajo una forma determinada para locual fue necesario aplicar un

    proceso de manufactura.

    Propiedades

    Función

    Forma

    Proceso

    Material

    Todo esto tendrá un impacto sobre

    las propiedades útiles necesariaspara la aplicación.

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    LOS M ATERIALES EN INGENIERÍA  

    En un sistema cada componente cumple una función, por lo quedebe ser de un material específico bajo una forma determinadapara lo cual fue necesario aplicar un proceso de manufactura.

  • 8/19/2019 Tema 2 IntegridadyFallas

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    LOS MATERIALES EN INGENIERÍA: NORMAS  Y CÓDIGOS 

    • American Petroleum Institute (API)

    • American Society for Testing and Materials (ASTM)

    • American Society of Mechanical Engineers (ASME)

    • American Water Works Association (AWWA)

    • American Welding Society (AWS)

    •Manufacturers Standarization Society (MSS)

    •National Association of Corrosion Engineers (NACE)

    •Society of Automotive Engineers (SAE)

    •International Standard Organization (ISO)

    •Comisión Venezolana de Normas Industriales (COVENIN)

    •Normas PDVSA

    En el diseño y construcción de equipos de cualquier índole se

    cuenta con el apoyo de recomendaciones en códigos ynormas de diferentes instituciones ingenieriles. Para

    mencionar algunos:

  • 8/19/2019 Tema 2 IntegridadyFallas

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    En estos códigos, normas y recomendaciones

    prácticas se encuentran:

    1. Procedimientos estandarizados para

    evaluar materiales

    2. Especificaciones de Materiales

    3. Recomendaciones de uso de materiales

    4. Procedimientos y recomendaciones de

    fabricación de componentes

    5. Procedimientos para procesos de

    manufactura

    6. Procedimientos de inspección

    7. Procedimientos y recomendaciones de

    reparación

    LOS MATERIALES EN INGENIERÍA: CÓDIGOS  Y NORMAS 

  • 8/19/2019 Tema 2 IntegridadyFallas

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    LOS M ATERIALES EN INGENIERÍA  

    Pero a pesar de lo cuidadoso que se pueda ser en el diseño, ocurren fallas

    debido múltiples razones entre las cuales se encuentra el deterioro de losmateriales en servicio.

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    LOS MATERIALES DE USO EN INGENIERÍA Los materiales son clasificados generalmente como lo muestra la figura. Se puede

    distinguir 6 clasificaciones que normalmente se agrupan en:

    1. Metales y aleaciones

    2. Polímeros y Elastómeros

    3. Cerámicas y Vidrios

    4. Materiales Híbridos y Materiales naturales

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    INTEGRIDAD DE M ATERIALES  –  A NÁLISIS DE INTEGRIDAD  Y SEGUIMIENTO 

    Prof. A. Rosales

  • 8/19/2019 Tema 2 IntegridadyFallas

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    INTEGRIDAD  Y ANÁLISIS DE INTEGRIDAD 

    El objetivo principal de cualquier instalación o sistema es que se

    desempeñe dentro de los límites para los que fue diseñadaen forma segura y económica.

  • 8/19/2019 Tema 2 IntegridadyFallas

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    INTEGRIDAD  Y ANÁLISIS DE INTEGRIDAD 

    La degradación del material de un componente que presta

    servicio en cualquier sistema o instalación es algo normal quedebe ser entendido por los ingenieros de operación, inspección y

    mantenimiento. La falla del material también puede adelantarse

    por el abuso del mismo (sobrecarga, altas temperaturas, etc.)

  • 8/19/2019 Tema 2 IntegridadyFallas

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    INTEGRIDAD  Y ANÁLISIS DE INTEGRIDAD Si los materiales se van deteriorando con el tiempo, la habilidad del

    sistema o instalación de funcionar adecuadamente se va reduciendo

    paulatinamente hasta que el riesgo de falla es inminente o laconfiabilidad del sistema se reduce estrepitosamente.

  • 8/19/2019 Tema 2 IntegridadyFallas

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    INTEGRIDAD  Y ANÁLISIS DE INTEGRIDAD 

    Integridad se define como la condición de un componente en relación asu capacidad de desempeñar la función para la que fue diseñado y

    cumplir con su tiempo esperado de vida.

    Integridad se puede definir comola capacidad de uncomponente para desempeñarla función para la cual fueconcebido en función de sucontenido de defectos.

  • 8/19/2019 Tema 2 IntegridadyFallas

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    INTEGRIDAD  Y ANÁLISIS DE INTEGRIDAD 

    La Integridad es evaluada a través del análisis de integridad, el cual se

    refiere al análisis cuantitativo de los siguientes aspectos:

    1. Las propiedades mecánicas del material

    2. Los tipos y valores de cargas o esfuerzos de servicio normales y

    eventuales

    3. La inspección no destructiva de los componentes para estudiar

    grietas, defectos y cuantificar pérdida de material

    4. La medición de las condiciones del ambiente de servicio:

    temperatura, composición, pH, velocidad, presión, corrosividad,

    presencia de partículas5. Los mecanismos de deterioro estructural posibles: corrosión, fatiga,

    termofluencia, desgaste o combinaciones.

  • 8/19/2019 Tema 2 IntegridadyFallas

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    INTEGRIDAD  Y ANÁLISIS DE INTEGRIDAD 

    El análisis de integridad busca responder tres preguntas básicas:

    • Establece las condiciones de servicio seguras

    • Permite evaluar el impacto de lascondiciones de servicio

    ¿Cuál es la cargamáxima que soporta

    la estructura? 

    • Establece las condiciones de servicio seguras

    • Permite evaluar el impacto de lascondiciones de servicio

    ¿Cuál es lamagnitud del daño

    tolerable? 

    • Permite predecir la vida útil del componente¿Cuál es la vida útil

    de la estructura? 

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    ANÁLISIS DE INTEGRIDAD Los objetivos finales de un análisis de integridad son los de

    establecer las acciones para lograr la extensión de la vida

    útil y la prevención de falla de los componentes  de unsistema.

    El análisis de integridad consta de una serie de etapas que deben

    ser cubiertas antes de su implementación en planta y durante la

    ejecución del mismo:

    1) Diagnóstico de integridad

    2) Monitoreo o Seguimiento de Servicio

    3) Reacondicionamiento y actualización4) Retroalimentación

  • 8/19/2019 Tema 2 IntegridadyFallas

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    ANÁLISIS DE INTEGRIDAD - DIAGNÓSTICO Es la evaluación del estado actual de la instalación para identificar las formas de

    deterioro operantes y su grado de deterioro actual. Busca ubicar los sitioscríticos de la instalación y establecer los tipos de análisis de resistencia y vida

    residuales. También se establecen los requerimientos de materiales y

    tecnológicos para la realización del análisis de integridad. Las actividades

    siguientes se pueden señalar:

    • Recopilación de planos, especificaciones y dibujos de diseño originales

    • Realización de levantamientos, dimensionamiento e isométricos de la

    instalación actual• Realizar el listado de las desviaciones del diseño original

    Capacidad de la

    Instalación –  ubicación ydimensiones

    •Establecer las diferencias entre las condiciones actuales deservicio y aquellas para la que fue diseñada la instalación

    Formas potenciales dedeterioro y su efecto

    sobre funcionamiento

    •Realizar un muestreo de materiales para la evaluación depropiedades mecánicas y realización de pruebas destructivas

    •Inspección no destructiva para evaluar contenido de defectosDatos para los cálculos

    •Estimación de la resistencia y vida remanente de loscomponentes analizados

    Resistencia Residual y

     Vida Residual

  • 8/19/2019 Tema 2 IntegridadyFallas

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    ANÁLISIS DE INTEGRIDAD  – SEGUIMIENTO Esta etapa consiste en la recopilación de datos de servicio, tales como:

    condiciones de operación, fallas y reparaciones a las que se somete la

    instalación para retroalimentar el análisis de integridad. Se debe contar con

    información detallada de: ubicación del componente, tipo de servicio, fechas de

    instalación y de operación, materiales y dimensiones, condiciones de operación,

    historial de fallas y reparaciones, planes de inspección y mantenimiento, etc.

    Las tareas principales son:

    Definición de

    procedimientosde monitoreo

    Elaboración de

    los reportes demonitoreo

    Definición de losprocedimientos

    de END

    Elaboración delos reportes de

    los END

     Almacenamientode los datos

    obtenidos

    A Á I

  • 8/19/2019 Tema 2 IntegridadyFallas

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    ANÁLISIS DE INTEGRIDAD  – REACONDICIONAMIENTO  Y ACTUALIZACIÓN Consiste en la realización de reparaciones, reemplazo de componentes, sistemas

    de protección, etc., de la instalación, derivados del análisis de integridad, para

    elevar su nivel de seguridad y garantizar su capacidad de operación dentro de

    los límites establecidos y período de operación proyectado. También incluye la

    adecuación de las instalaciones para facilitar su seguimiento y la inspección no

    destructiva. Las tareas más importantes son:

    Priorización depuntos de reparación

    yreacondicionamiento

    Selección de técnicasde reparación que

    garanticen vidaproyectada

    Selección y pruebasde sistemas de

    monitoreo

    Instalación de lossistemas demonitoreo

    Selección yacondicionamiento depuntos de inspección

  • 8/19/2019 Tema 2 IntegridadyFallas

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    ANÁLISIS DE INTEGRIDAD  – RETROALIMENTACIÓN 

    El análisis de integridad es un proceso dinámico y por lo tanto posee la capacidad

    de modificarse y adaptarse sobre la marcha para responder a las necesidades

    operacionales y a eventos imprevistos. La retroalimentación permite hacer lasmodificaciones pertinentes que permitan mejorar la operatividad y confiabilidad

    de las instalaciones. Las principales tareas son las siguientes:

    Calibración y ajustedel sistema de

    monitoreo

    Evaluación de lossistemas de

    protección

    Reparaciónprogramada de

    partes o zonas condaño superior al

    tolerable a futuro

     Actualización porcambio de

    condiciones deoperación y tipo de

    servicio

    Redefinición deprioridades

     Actualización porinnovacionestecnológicas

  • 8/19/2019 Tema 2 IntegridadyFallas

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    ANÁLISIS DE INTEGRIDAD 

    ¿Por dónde empezamos? 

    Estudiar los modos de degradación de losmateriales: mecanismos y métodos decontrol

    Identificar modelos que permitanpredecir ocurrencia y velocidad dedeterioro de los materiales

    Estudiar los métodos de inspección:destructivos y no-destructivos

     Aplicar las filosofías de inspección,mantenimiento y confiabilidad

    A Á I P D Á

  • 8/19/2019 Tema 2 IntegridadyFallas

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    Corrosividaddel fluido

    Seguimiento dela corrosividad

    Métodos deprotección

    •Inhibidores•Biocidas•Protección Catódica

    •Recubrimientos

    Seguimiento dela protección

       I

      n  s  p  e  c  c   i   ó  n 

    Riesgo defalla delequipo

    despreciable

    medio

    alto

    Condición

    previa delequipo

     Acción

    Condición que puede

    inducir una acción

    baja

    alta

    ANÁLISIS DE INTEGRIDAD  – PROCESO DINÁMICO 

    Frecuencia deinspección

  • 8/19/2019 Tema 2 IntegridadyFallas

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    ANÁLISIS DE INTEGRIDAD 

    ¿Por dónde empezamos? 

    Estudiar los modos de degradación de losmateriales: mecanismos y métodos decontrol

    Identificar modelos que permitanpredecir ocurrencia y velocidad dedeterioro de los materiales

    Estudiar los métodos de inspección:destructivos y no-destructivos

     Aplicar las filosofías de inspección,mantenimiento y confiabilidad

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    F ALLAS EN M ATERIALES-MECANISMOS DE F ALLA  

    Prof. Adalberto Rosales

  • 8/19/2019 Tema 2 IntegridadyFallas

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    LAS FALLAS DE LOS MATERIALES 

    Todos los materiales se degradan,pero algunas fallas se deben aproblemas en el diseño, la seleccióninadecuada de materiales o suprocesamiento impropio. Algunas

    veces ocurren accidentalmente.

  • 8/19/2019 Tema 2 IntegridadyFallas

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    Selección de

    MaterialesInapropiada

    38%

    Defectos de

    fabricación

    15%

    Tratamiento

    térmico

    defectuoso

    15%

    Falla en el Diseño

    Mecánico

    11%

    Condiciones

    operacionales no

    predichas

    8%

    Control Ambiental

    inadecuado6%

    Inspección y control

    de calidad ausente

    o inadecuada

    5%

    Materiales

    confundidos

    durante la

    fabricación2%

    Las fallas de los materiales: sus causas de diseño

    Frecuencia decausas defallas eninvestigaciones ingenierilesindustriales

  • 8/19/2019 Tema 2 IntegridadyFallas

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    Las fallas de los materiales: sus causas de diseño

    Mantenimientoinadecuado

    44%

    Defectos de

    fabricación

    17%

    Deficiencias de

    diseño

    16%

    Daño en servicio

    anormal

    10%

    Materiales

    defectuosos

    7%

    Causas

    indeterminadas

    6%

    Frecuencia de

    causas defallas encomponentesaeronáuticos(datos delaboratorio)

    Las fallas de los materiales:

  • 8/19/2019 Tema 2 IntegridadyFallas

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    Corrosión29%

    Fatiga25%

    Fractura Frágil16%

    Sobrecarga11%

    Corrosión a AltasTemperaturas

    7%

    Corrosión bajotensión/Corrosión-

    Fatiga/Fragilizaciónpor hidrógeno

    6%

    Termofluencia3%

    Desgaste, abrasión yerosión

    3%

    Las fallas de los materiales:frecuencia de mecanismos de falla

    Los principalesmecanismos de fallason: corrosión, fatiga,fractura frágil ysobrecarga. Lafrecuencia deocurrencia de los

    demás mecanismos esmenor, pero esto no lesresta importancia.Todo depende de laindustria donde presteservicio el material.

    Frecuencia de causas de fallas en investigaciones

    ingenieriles industriales

  • 8/19/2019 Tema 2 IntegridadyFallas

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    Fatiga

    61%

    Sobrecarga

    18%

    Corrosión bajo

    tensión

    8%

    Desgaste

    excesivo

    7%

    Corrosión

    3%

    Oxidación a

     Altas

    temperaturas2%

    Ruptura

    1%

    Las fallas de los materiales:frecuencia de mecanismos de falla

    Frecuencia de

    mecanismosde fallas encomponentesaeronáuticos(datos delaboratorio)

  • 8/19/2019 Tema 2 IntegridadyFallas

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    Corrosion

    31%

    Fatiga

    19%

    Fractura

    fragil

    17%

    Sobrecarga

    12%

    Oxidación

    8%

    Otros tipos

    de corrosión7%

    Termofluencia

    3%

    Desgaste,

    abrasión yerosión

    3%

    Las fallas de los materiales:frecuencia de mecanismos de falla en la Industria

  • 8/19/2019 Tema 2 IntegridadyFallas

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    Las fallas de los materiales:Los mecanismos de falla

    Fallas

    Sobrecarga

    Efecto deTemperatura

    Efecto develocidad de

    carga

    Dúctil

    Frágil

    Fatiga

    Influencia decorrosión

    Efecto de cargasestáticas

    Influencia delrango deesfuerzos

    Fatiga de bajociclo

    Fatiga de alto

    ciclo

    Corrosión

    Uniforme

    Galvánica

    CorrosiónLocalizada

     AsistidaMecánicamente:

    Daño por

    hidrógeno

    Desgaste

     Abrasión

     Adhesión

    Erosión

  • 8/19/2019 Tema 2 IntegridadyFallas

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    Manifestaciones de Fallas

    •Deformación elástica•Deformación plástica•Ruptura o fractura•Cambios en el material:

    •Metalurgicos

    •Químicos

    •Nuclear

     Agentes inductores defallas

    •Fuerza•Estacionaria•Transitoria

    •Cíclica

    • Aleatoria

    •Tiempo•Muy corto

    •Corto•Largo

    •Temperatura• Baja

    • Ambiente

    •Elevada

    •Estacionaria

    •Transitoria

    •Cíclica

    • Aleatoria

    • Ambiente reactivo•Químico

    •Nuclear

    Localización de la falla

    •En el cuerpo•En la superficie

    Las fallas de los materiales:Clasificación sistemática de los mecanismos de falla

  • 8/19/2019 Tema 2 IntegridadyFallas

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    1. Deformación elástica

    inducida por fuerza otemperatura

    2. Deformación plástica

    3. Indentación ( Brinnelling )

    4. Ruptura dúctil

    5. Fractura frágil

    6. Fatiga

     A. Fatiga de alto ciclo

    B. Fatiga de bajo ciclo

    C. Fatiga térmica

    D. Fatiga superficial

    E. Fatiga por impacto

    F. Fatiga-corrosión

    G. Fatiga- fretting  

    7. Corrosión

     A. Ataque químicoB. Corrosión galvánica

    C. Corrosión en hendidura

    D. Corrosión por picadura

    E. Corrosión intergranular

    F. Corrosión selectiva

    G. Corrosión-erosiónH. Corrosión-cavitación

    I. Daño por hidrógeno

    J. Corrosión biológica

    K. Corrosión bajo tensión

    8. Desgaste

     A. Desgaste adhesivo

    B. Desgaste abrasivo

    C. Desgaste-corrosión

    D. Desgaste por fatiga

    superficial

    E. Desgaste por

    deformación

    F. Desgaste por impacto

    G. Desgaste - fretting  

    9. Impacto A. Fractura por impacto

    B. Deformación por

    impacto

    C. Desgaste por impacto

     D. Fretting  por impacto

    E. Fatiga por impacto10. Fretting

     A. Fatiga por fretting

    B. Desgaste por fretting

    C. Corrosión- fretting

    11. Termofluencia

    12. Relajación térmica

    13. Ruptura por esfuerzo

    14. Choque térmico

    15. Galling  and Seizure

    16. Spalling

    17. Daño por radiación

    18. Pandeo

    19. Pandeo por termofluencia

    20. Corrosión bajo tensión

    21. Corrosión-desgaste22. Corrosión-fatiga

    23. Termofluencia y fatiga

    combinada

    Las fallas de los materiales:Modos de fallas observados en la práctica

  • 8/19/2019 Tema 2 IntegridadyFallas

    36/65

    Las fallas de los materiales

    • ¿Cómo ocurre la falla?

    • ¿Cuales factores la afectan?

    Mecanismos deFalla

    • De su ocurrencia - termodinámica

    • De su velocidad - cinéticaPredicción

    • ¿Cómo evitar la falla?

    • ¿Cómo controlar su velocidad?

    • ¿Cómo hacerle seguimiento?Control

     Al estudiar los mecanismos de falla de los materiales

    prestaremos mucha atención a los siguientes tres aspectos:

  • 8/19/2019 Tema 2 IntegridadyFallas

    37/65

    El deterioro de los materiales, impacto sobre la vida útily la mecánica de la fractura

    Curva deresistenciaresidual

    Tamañoactual

    Vida Útil

    Vida Remanente

    Falla

    Tamañomínimo adetectar

    Resistenciaresidual

    Carga deservicio

    Resistenciade diseño

       R  e  s   i  s   t  e  n  c   i  a

    Tamañocrítico

    Tamaño de grieta o tiempo

    Curva de vida de un componente agrietado

    aY 

     K  IC 

     F 

      

      

    Una de las aplicaciones de la mecánica de la fractura es la predicción de la vida útil. Si se

    conoce que hay una grieta que se propaga a cierta velocidad se puede estimar el tiempo

    para que alcance un tamaño crítico y el componente falle.

  • 8/19/2019 Tema 2 IntegridadyFallas

    38/65

    El deterioro de los materiales, impacto sobre la vida útily la mecánica de la fractura

    Deterioro

    • La disminución dela resistencia delmaterial

    • La pérdida dematerial (sección oespesor)

    • La aparición degrietas

    Consecuencias

    • La reducción de laresistencia residual

    • El aumento de la

    probabilidad defalla

    • La reducción en lavida útil

    Para que una forma de deterioro reduzca la vida útil, se

    requiere que el daño sea acumulativo, es decir, que aumente

    a través del tiempo.

    El d i d l i l i b l id ú il

  • 8/19/2019 Tema 2 IntegridadyFallas

    39/65

    El deterioro de los materiales, impacto sobre la vida útily la mecánica de la fractura

    Los mecanismos de daño acumulativo mas comunes que acortan

    la vida útil de un componente son:

    1) Corrosión (uniforme y localizada)

    2) Erosión y desgaste

    3) Deformación plástica por golpes y fuerzas físicas externas

    4) Agrietamiento por corrosión bajo tensión

    5) Fatiga

    6) Fatiga térmica7) Termofluencia

    8) Daño por hidrógeno

    9) Radiación

  • 8/19/2019 Tema 2 IntegridadyFallas

    40/65

    CORROSIÓN  Y 

    DEGRADACIÓN DE M ATERIALES Prof. A. Rosales

    D d ió d M t i l

  • 8/19/2019 Tema 2 IntegridadyFallas

    41/65

    Degradación de Materiales

    QUÉ ES LA CORROSIÓN?

  • 8/19/2019 Tema 2 IntegridadyFallas

    42/65

    ¿QUÉ ES LA CORROSIÓN?

    Particularmente para los materiales metálicos, la

    definición de corrosión según la norma ISO 8044

    “  Corrosion of metals and alloys-Principal terms and

    definitions”   

    La corrosión es una interacción físico-químicaentre un metal (o aleación) y su ambiente, queconlleva a la degradación del sistema funcional

    constituido por el metal (pérdida de metal o

    agrietamiento) o el ambiente (contaminación)

    Es un fenómeno natural causado por el retornode los metales, extraídos de minerales porprocesos metalúrgicos, de nuevo a su forma

    oxidada (óxidos, carbonatos, sulfuros, …) 

    L C Ó C Ó

  • 8/19/2019 Tema 2 IntegridadyFallas

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    LA CORROSIÓN  – CLASIFICACIÓN 

    Química• Altas Temperaturas

    • Gases

    Electroquímica

    • Bajas Temperaturas

    • Electrolitos líquidos

    acuosos o no-acuosos

    Según la naturaleza de la interacciónmaterial/medio

    Es común encontrar esta clasificación. Sin embargo, vamos a ver que ambosprocesos son de naturaleza electroquímica (transferencia de electrones entreátomos). Lo diferente pudiera ser la presencia o no de agua en su forma

    líquida (lo más frecuente)

    L C Ó C Ó

  • 8/19/2019 Tema 2 IntegridadyFallas

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    Existen de forma general dos tipos decorrosión que dependen de la temperatura:

    Corrosión a altas temperaturas: ocurre atemperaturas a las cuales el ambiente

    corrosivo es un gas o una sal fundida

    Corrosión electroquímica o acuosa:ocurre a bajas temperaturas en donde el

    principal medio corrosivo son sustancias

    acuosas o no-acuosas en forma líquida.

    LA CORROSIÓN  – CLASIFICACIÓN 

    T >> 100 C

    T

  • 8/19/2019 Tema 2 IntegridadyFallas

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    CORROSIÓN A ALTAS TEMPERATURAS

  • 8/19/2019 Tema 2 IntegridadyFallas

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    CORROSIÓN A ALTAS TEMPERATURAS 

    Representación esquemática de un proceso de corrosión en gases

    Materiales Afectados:

    •Metales y aleaciones

    •Cerámicas

    CORROSIÓN Y DEGRADACIÓN DE MATERIALES A

  • 8/19/2019 Tema 2 IntegridadyFallas

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    CORROSIÓN  Y DEGRADACIÓN DE MATERIALES A BAJAS TEMPERATURAS 

    Materiales Afectados:

    •Metales y aleaciones

    •Polímeros

    CorrosiónElectroquímica

    Las formas de la corrosión acuosa

  • 8/19/2019 Tema 2 IntegridadyFallas

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    Las formas de la corrosión acuosa

    La forma de la corrosión va a depender tanto del ambiente

    como del material utilizado

    La corrosión puede tomar diferentes formas dependiendo del ambiente y

    el material. La forma de inspeccionar y tomar datos hace necesaria la

    utilización de tratamientos estadisticos, sobretodo para los casos decorrosión localizada y otros problemas localizados.

    Corrosión Generalizada

  • 8/19/2019 Tema 2 IntegridadyFallas

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    Corrosión Generalizada

    Sección de tubería de 8 pulgadas dediámetro con mas de 25 años deservicio. Se observan depósitos deóxido de hierro en el interior y unaconsiderable perdida de espesor de la

    tubería.

    Corrosión generalizada decomponentes metálicos en

    ambientes marinos

    Corrosión Localizada

  • 8/19/2019 Tema 2 IntegridadyFallas

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    Corrosión Localizada

     Aceros Inoxidables

    sensibilizados

     Aceros Inoxidables

    y Aleaciones de Al Aleaciones

    metálicas

  • 8/19/2019 Tema 2 IntegridadyFallas

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    F ALLAS MECÁNICAS  – DEFORMACIÓN, FRACTURA   Y FRACTURA  POR F ATIGA  

    F ll d f ió lá ti

  • 8/19/2019 Tema 2 IntegridadyFallas

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    Falla por deformación plástica

    Resortes de las válvulas de un motor

    distorsionada (izquierda) comparada con

    uno normal (derecha). La microestructura

    inadecuada resultó en baja resistencia y

    dureza a la temperatura de operación

    Deformación de un perfil extruido de

    aluminio por la aplicación de una

    carga lateral inadecuada donde señala

    la flecha superior. En servicio normal

    la carga es de compresión axial.

    Falla por fractura

  • 8/19/2019 Tema 2 IntegridadyFallas

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    Fractura frágil versus fractura dúctil de dos tornillos

     AISI 1038 deliberadamente tratados térmicamente para

    tener grandes diferencias en propiedades mecánicas.

    Templado(HRC 47)

    Recocido(HRC 15)

    Fractura frágil:

    clivaje Fractura dúctil:dimples

    Falla por fractura

    Fallas por sobrecarga

  • 8/19/2019 Tema 2 IntegridadyFallas

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    Fallas por sobrecarga

    La falla por sobrecarga puedellegar a producir deformación

    plástica.

    O deformación y fractura.

    Punta de un eje de un motor de 3600 rpm (100 HP)

    detenido instantáneamente.

    Exceso de apriete de un tornillo de 16 mm (5/8”)

    resultando en deformación dúctil.

  • 8/19/2019 Tema 2 IntegridadyFallas

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    Temperatura de transición dúctil frágil

     Variación de la

    elongación con la

    temperatura bajo carga

    de impacto.

    TTDF (DBTT):temperatura de

    transición dúctil frágil

     Algunos materiales,como el acero, se hacen

    frágiles al disminuirla temperatura.

    Existen otros factores que promueven la

    fractura frágil: impacto o altas velocidadesde deformación, estado triaxial deesfuerzos, etc.

  • 8/19/2019 Tema 2 IntegridadyFallas

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    Cargas cíclicas y fallas por Fatiga

    Cargas cíclicas:

    (a) Vibraciones acústicas de muy baja amplitud(b) Fatiga de alto ciclo: esfuerzos bastante por debajo de la

    resistencia a la deformación, y.

    (c) Fatiga de bajo ciclo: esfuerzos por encima de y, pero por

    debajo de m.

    Falla por Fatiga

  • 8/19/2019 Tema 2 IntegridadyFallas

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    Falla por Fatiga

    Superficie de fractura de un

    porta eje tubular de 3,6” dediámetro mostrando 4 orígenes

    de fractura por fatiga (flechas).

    Se pueden ver las marcas de

    playa. Los esfuerzos fueron de

    flexión unidireccional.

     Acero de medio carbono

    Falla por Fatiga

  • 8/19/2019 Tema 2 IntegridadyFallas

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    La superficie de fractura de un

    componente que ha fallado por

    fatiga presenta dos zonas bien

    definidas:1- La que muestra la ocurrencia

    de fatiga (marcas de playa)

    2- La fractura final que puede

    ser dúctil o frágil dependiendo

    del material y las condiciones

    Las marcas de playa o estriaciones

    muestran la propagación de la grieta

    en cada ciclo.

    Falla por Fatiga

  • 8/19/2019 Tema 2 IntegridadyFallas

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    F ALLAS  A  A LTAS TEMPERATURA  

    - TERMOFLUENCIA  

    Falla por Termofluencia

  • 8/19/2019 Tema 2 IntegridadyFallas

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    Falla por Termofluencia

    Ocurre a altas

    temperaturas y se

    manifiesta como

    una deformación

    lenta que termina

    en fractura delcomponente.

     Aparecen grietas

    en el volumen del

    material.

    Falla por Termofluencia

  • 8/19/2019 Tema 2 IntegridadyFallas

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    Falla por Termofluencia

     A altas temperaturas, el

    material sometido a una carga

    fija, insuficiente paradeformarlo plásticamente de

    forma instantánea, se deforma

    gradualmente en el tiempo.

    Esto ocurre en tres etapas:

    Etapa I: deformación inicial aalta velocidad

    Etapa II: en estado

    estacionario (velocidad dedeformación constante)

    Etapa III: deformación rápidafinal y ruptura.

  • 8/19/2019 Tema 2 IntegridadyFallas

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    DESGASTE 

    Falla por Desgaste

  • 8/19/2019 Tema 2 IntegridadyFallas

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    Desgaste por abrasión

    Desgaste por adhesión

    Dos materiales en contacto y

    con desplazamiento relativo:

    p g

    El desgaste

    produce la pérdida

    de material

    F ll D t

  • 8/19/2019 Tema 2 IntegridadyFallas

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    Desgaste por fatiga superficial

    Falla por Desgaste

  • 8/19/2019 Tema 2 IntegridadyFallas

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    Referencias

    1. Meyers, M. y Chawla K., Mechanical Behavior of Materials, Cambridge

    University Press, UK, 2009

    2. Gonzalez, J. L. Mecánica de Fractura. Segunda Edición. Editorial Limusa, S. A.

    México, 2004

    3. Michael Ashby, Hugh Shercliff and David Cebon. Materials: engineering, science,processing and design. Butterworth-Heinemann and Elsevier, UK, 2007

    4. Rösler, J., Harders, H. and Bäker M. Mechanical Behaviour of Engineering

     Materials – Metals, Ceramics, Polymers, and Composites. Springer. India, 2007

    5. Hosford, W. Mechanical Behavior of Materials. Cambridge University Press, UK,

    2005

    6. Dieter, G. Mechanical Metallurgy, SI Metric Edition, Mc Graw-Hill Company,Singapore, 1988.


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