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ASIGNATURA: Corrosin y DEGRADACIN DE MATERIALES CODIGO: 24897 CURSO: 4t / Curso 2008-2009 CUATRIMESTRE: II

LISTA DE EJERCICIOS Y PROBLEMAS

1. La siguiente tabla recoge los resultados obtenidos en ensayos de fluencia (zona

secundaria) para un acero a la temperatura de 510 C.

II (h-1) (MPa) 1.69x10-5 180

3.22x10-5 200

7.55x10-5 240

1.41x10-4 265

a) Comprobar que la zona secundaria cumple la ley potencial y evaluar el valor del exponente.

b) Calcular la tensin mxima que el acero puede soportar si la velocidad de deformacin lmite es de 1.65x10-4.

2. La siguiente tabla recoge los resultados obtenidos en ensayos de fluencia (zona

secundaria) para una aleacin sometida a tensin constante de 105 MPa.

II (s-1) T (C) 4.72x10-8 180

2.08x10-7 220

7.34x10-7 260

a) Calcular la vida del material sometido a la tensin de 105 MPa pero a una temperatura de 160 C si la deformacin total por fluencia no puede superar el valor de 0.01.

3. A partir de la curva general de fluencia [=f(t)] y teniendo en cuenta el comportamiento de

la curva de fluencia a distintos valores de tensin aplicada [] obtenga una representacin grfica aproximada de las curvas isomtricas [=f(t)|=cte.] e isocronas[=f()|t=cte.].

a) Qu inters tecnolgico prctico pueden aportar las curvas isomtrica e isocrona?

4. Se han realizado distintos ensayos de fluencia para un acero inoxidable a una temperatura

de 550 C. Se observa que al cabo de 300 horas la deformacin acumulada es de 0.12 cuando la tensin aplicada es de 350 MN/m2. Asimismo, se observa que al cabo de 1200 horas la deformacin es de 0.08 cuando la tensin es de 245 MN/m2. Suponiendo que el comportamiento a fluencia es estacionario, calcular el tiempo necesario para que una barra de unin de este mismo material se vea afectada por un 0.1% de deformacin al estar sometida a una tensin de trabajo de 75 MN/m2 a la temperatura de 550 C.

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5. La siguiente tabla de datos muestra los resultados obtenidos en ensayos de fluencia para una aleacin de Aluminio ensayada a una temperatura de 200 C.

Tiempo (h) Deformacin a 60 MPa (mm/m) Deformacin a 35 MPa (mm/m)

0 20 60 90 120 140 170 220

0.320 0.532 0.815 1.000 1.200 1.320 1.477 1.800

0.108 0.215 0.332 0.400 0.477 0.532 0.610 0.723

a) Dibuje los resultados y calcule el valor de la tensin para la cual la velocidad de

deformacin a fluencia sea como mnimo 4.8x10-3 mm.m-1.h-1. b) Est realmente afectada por fluencia esta aleacin de aluminio? De un valor

aproximado para su temperatura homloga. 6. Al ensayar un material a una tensin de 100 MPa se observa que la velocidad de fluencia

en estado estacionario es 1.0x10-4 s-1 a 900 K y 7.5x10-9 s-1 a 750 K, respectivamente. Calcule la temperatura mxima de trabajo si la velocidad de deformacin lmite impuesta por diseo es de 1.0x10-7 s-1.

7. A continuacin se dan los resultados de fluencia estacionaria que fueron obtenidos a 200

C para una determinada aleacin:

II (h-1) (MPa) 2.5x10-3 55

2.4x10-2 69

a) Si se sabe que la energa de activacin para la fluencia es igual a 140 kJ/mol, calcular la velocidad de fluencia estacionaria a una temperatura de 250 C y una tensin de 48 MPa.

8. A continuacin se dan los resultados de fluencia estacionaria que fueron obtenidos a una

tensin de 140 MPa en una aleacin frrea:

II (h-1) T (K) 6.6x10-4 1090

8.8x10-2 1200

a) Si se sabe que el valor del exponente de la tensin n es de 8.5 para esta aleacin, calcular la velocidad de fluencia estacionaria a 1300 K y a una tensin de 83 MPa.

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9. Una serie de ensayos de fluencia realizados a una aleacin austentica de alta temperatura mostr los siguientes resultados:

Tensin (MN/m2) 0 (%) Velocidad de fluencia mnima (mm/mm/h)

70 105 140 210 280 350

0.041 0.061 0.081 0.122 0.162 0.203

27x10-8 15.5x10-6

27.5x10-5

15.8x10-3

0.281 2.62

a) Calcular cunto tiempo pasar antes de que una tensin constante de 125 MN/m2

cause una deformacin de un 1% en este material. 10. La siguiente tabla muestra los datos de fluencia obtenidos para un metal a una tensin de

trabajo de 100 MN/m2 a diversas temperaturas:

II (mm/mm/h) T (C)2.1x10-23

2.77x10-17

4.25x10-15

2.7x10-13

1.72x10-10

2.06x10-8

8.25x10-7

100 200 250 300 400 500 600

a) Si la constante a del parmetro de Larson-Miller vale 20, calcule el tiempo para el

cual se producir la rotura a la tensin de 100 MN/m2 cuando la temperatura del material es de 700 C. (R=8.314 J.mol-1.K)

11. Los siguientes datos de rotura por fluencia fueron obtenidos para un acero cuando ste se

ensay en un rango de tensiones y temperaturas:

Tensin (MN/m2) Temperatura (C) Tiempo de rotura (h) 300 200 100 60 30

500 600 700 800 1000

4724 570 297 95.3 8.6

a) Si a un componente fabricado con este material se le requiere una vida en servicio de

al menos 10000 horas a una tensin de trabajo de 150 MN/m2, cul es la temperatura mxima permisible de trabajo? Suponer que la constante a del parmetro de Larson-Miller para esta aleacin vale 20.

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12. A partir de los siguientes datos de rotura por fluencia, construya el correspondiente diagrama de Larson-Miller (suponga un valor de 20 para la constante a; tRtiempo de rotura, en la tabla).

T (C) (MPa) tR (h) T (C) (MPa) tR (h)

650 650 650 650 650 650 650 705 705 705 705 760 760 760 760

480 480 480 450 380 345 310 310 310 240 205 205 205 170 140

22 40 65 75 210 2700 3500 275 190 960 2050 180 450 730 2150

815 815 815 815 815 815 815 815 815 815 870 870 870 870 980 1095

140 140 140 120 120 105 105 105 105 85 83 83 69 42 21 10

29 45 65 90 115 260 360 1000 700 2500 37 55 140 3200 440 155

a) Determine el tiempo de vida en servicio esperado para una muestra a una temperatura

y a una tensin de servicio de 650C y 240 MPa, respectivamente. b) Determine el tiempo de vida en servicio esperado para una muestra a una temperatura

y a una tensin de servicio de 870C y 35 MPa, respectivamente. c) Compare los resultados obtenidos con los resultados experimentales observados a las

32000 y 9000 horas, respectivamente. 13. Un tubo cilndrico en una planta qumica est sometido a un exceso de presin interna de

6 MNm-2 que provoca una tensin tangencial en la pared del tubo. Se requiere por diseo que el tubo sea capaz de resistir esta presin a una temperatura de trabajo de 510C durante 9 aos. Un estudiante de la Titulacin de Ingeniera de Materiales recin titulado ha recomendado utilizar tubos de 40 mm de dimetro con un grosor de pared de 2 mm fabricados en un acero inoxidable con un contenido en cromo de un 15% en peso. El fabricante de esta aleacin aporta para este material los siguientes datos de fluencia obtenidos a una tensin de ensayo de 200 MNm-2:

II (s-1) T (C)1.0x10-7

1.7x10-7

4.3x10-7

7.7x10-7

2.0x10-6

618 640 660 683 707

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a) Suponiendo que en el rango de tensiones y temperaturas consideradas la aleacin se comporta segn una ley potencial con exponente n=5 y que la rotura catastrfica se produce cuando la aleacin sufre una deformacin permanente de 0.01, comente si el diseo propuesto por este recin titulado es un diseo seguro.

Nota: Para realizar sus clculos tenga en cuenta que la expresin matemtica de la tensin

tangencial en un tubo cilndrico de radio r y grosor de pared t sometido a una presin hidrosttica interna p viene dada por:

= (p * r)/t

14. Se ha diseado una barra metlica de sujecin para una planta qumica capaz de soportar

una tensin de 25 MNm-2 a una temperatura de 620C. Los ensayos de fluencia realizados para la aleacin en cuestin mostraron que, en las condiciones de servicio especificadas anteriormente, la velocidad de deformacin en estado estacionario era de 3.1x10-12 s-1. En las condiciones reales de servicio se encontr que la tensin y la temperatura aumentaban a 30 MNm-2 y a 650C durante el 30% del tiempo total de funcionamiento.

a) Calcule la velocidad de deformacin de fluencia media en las condiciones reales de

servicio. Nota: Para realizar sus clculos suponga que la ley que rige la fluencia es de tipo potencial

con exponente n=5 y energa de activacin Q=160 kJ/mol. 15. La siguiente figura muestra un sistema de contacto de accin retardada. Al sacar el seguro

de sujecin el muelle comprimido ejerce una tensin de traccin sobre la barra cilndrica de plomo, previamente sin tensin. Debido a la fluencia que sufre el plomo, el intervalo inicial entre los contactos decrece lentamente. Calcular el tiempo de retardo sabiendo que la longitud del muelle en estado de reposo es de 40 mm y que su constante elstica vale 10 N/mm. En el caso del plomo la ecuacin de fluencia es de tipo potencial con n=7.5 y A=5x10-10 mm/mm/h.

Seguro de Sujecin

Contacto

S1=1 mm

S2=25 mm

D=3.5 mm

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16. Una lmina de una aleacin de alta temperatura se mantiene fija en posicin a travs de un sistema de sujecin por palanca (ver figura). Cuando la palanca A se encuentra en posicin vertical (posicin de fijacin) el grosor de la lmina se reduce en 10 m. Si la lmina est sometida a una tensin de traccin de 5 kN, calcular cunto tiempo podr mantener en posicin el sistema de sujecin a la lmina. El coeficiente de friccin entre el fijador y la lmina es de 0.6. Los datos de fluencia son n=10.13 y A=5x10-26 mm/mm/h. El mdulo de Young E=207 GPa.