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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