Ensayo de baja velocidad de deformación (SSRT)

El ensayo a baja velocidad de deformación (SSRT, por sus siglas en inglés) es un método utilizado para determinar los umbrales de tensión y la susceptibilidad a la fisuración por corrosión bajo tensión mediante la aplicación de una velocidad de elongación constante a los materiales, especialmente en entornos como las industrias nuclear y aeroespacial. Descrito en detalle en la norma ASTM G129, «Práctica estándar para ensayos a baja velocidad de deformación para evaluar la susceptibilidad de los materiales metálicos a la fisuración inducida por el medio ambiente», es una técnica de evaluación rápida de materiales que determina la susceptibilidad a la fisuración por corrosión bajo tensión o a la fragilización por hidrógeno mediante la aplicación de una velocidad de elongación muy lenta (normalmente hasta 100 nm) a una muestra en un entorno específico. Esta técnica clasifica el rendimiento del material en entornos corrosivos al inducir una falla acelerada en comparación con los ensayos convencionales.

Las pruebas de baja velocidad de deformación se refieren a ensayos mecánicos realizados a velocidades de deformación deliberadamente lentas, muy inferiores a las de los ensayos de tracción convencionales (que normalmente utilizan altas velocidades de deformación). Estas pruebas son esenciales en la ciencia e ingeniería de materiales para dos propósitos principales:

Para evaluar cómo se comportan los materiales bajo condiciones de carga lenta que simulan el servicio en el mundo real (por ejemplo, comportamiento similar a la fluencia o cargas estáticas prolongadas).
Evaluar la susceptibilidad a eventos de agrietamiento inducidos por el medio ambiente, como el agrietamiento por corrosión bajo tensión y la fragilización por hidrógeno.

La forma más destacada es el ensayo de velocidad de deformación lenta (SSRT), también conocido como ensayo de tracción a velocidad de deformación constante. En este ensayo, una probeta lisa se somete a tracción a una velocidad de deformación baja y constante mientras se expone a un medio específico (abrasivo, alta temperatura o gas). Las velocidades de deformación típicas oscilan entre ^10⁻⁸ y ^10⁻³ s⁻¹ ^{, y los valores comunes para estudios de agrietamiento por corrosión bajo tensión se sitúan alrededor de}^10⁻⁵ a ^10⁻⁷ s⁻¹ ^. La velocidad lenta permite que las interacciones ambientales (por ejemplo, corrosión, difusión de hidrógeno o degradación de la película pasiva) influyan en la formación y propagación de grietas, efectos que podrían no ser visibles en ensayos más rápidos.

Los materiales son sensibles a la velocidad de deformación: su resistencia, ductilidad y modos de fallo pueden variar significativamente con la velocidad de deformación.

A altas velocidades de deformación (por ejemplo, debido a impactos o colisiones), muchos metales y polímeros se vuelven más resistentes, pero también más frágiles.
A bajas velocidades de deformación, predominan los efectos viscosos o dependientes del tiempo. Por ejemplo, la fluencia en metales a altas temperaturas o el aumento de la corrosión ambiental en entornos abrasivos. Por ejemplo, la plastilina se estira enormemente al tirar de ella lentamente, pero se rompe al tirar de ella rápidamente.

En ensayos de tracción realizados en acero dulce a bajas velocidades de deformación, los investigadores observaron diferencias en el límite elástico, la resistencia máxima a la tracción y la elongación uniforme, dependiendo de la velocidad de deformación exacta seleccionada dentro del rango de bajas velocidades. Incluso diseños de probetas no estándar pueden proporcionar resultados reproducibles para estas propiedades.

Las bajas tasas de deformación en polímeros y materiales compuestos ayudan a simular condiciones de servicio a largo plazo (por ejemplo, un calentamiento lento en el salpicadero de un vehículo), mientras que se necesitan altas velocidades para la modelización de colisiones.

Las pruebas de velocidad de deformación lenta generalmente siguen estos pasos:

Una probeta de tracción estándar (plana o, en ocasiones, con una muesca) se monta en una máquina de ensayo con un control preciso y lento del cabezal móvil.
La muestra se expone al medio pertinente (por ejemplo, agua salada, agua a alta temperatura en simulaciones nucleares, gas que contiene sulfuro de hidrógeno para aplicaciones en yacimientos petrolíferos o aire como referencia).
Se estira continuamente a un ritmo bajo y constante hasta que se rompe.
Los criterios principales son los siguientes:
- Tiempo de falla
- Prolongación de fallos
- Reducción de área (medida de ductilidad)
- Voltaje máximo
- Fractografía posterior a la prueba (uso de microscopía electrónica de barrido (MEB) para comparar fosas dúctiles, fisuras frágiles, agrietamiento intergranular o intragranular).

Las pruebas suelen realizarse tanto en el medio agresivo como en un medio de referencia inerte para su comparación (por ejemplo, aire o argón). Una reducción significativa de la ductilidad en el medio indica susceptibilidad a la corrosión bajo tensión o a la fragilización por hidrógeno.

El ensayo de velocidad de deformación lenta oscilante es una variante que interrumpe repetidamente las películas pasivas protectoras mediante la adición de pequeños ciclos de carga alrededor del punto de fluencia, lo que lo hace más agresivo para evaluar la durabilidad a largo plazo en aleaciones como los aceros inoxidables o las aleaciones de níquel.

Las normas que rigen las pruebas de resistencia a la tracción lenta son las siguientes:

ASTM G129: Procedimiento general para ensayos de velocidad de deformación lenta.
ISO 7539-7: Ensayo de agrietamiento por corrosión bajo tensión utilizando una velocidad de deformación lenta.
NACE TM0198: Para aleaciones resistentes a la corrosión en ambientes ácidos.

Las principales áreas de aplicación del método de ensayo de velocidad de deformación lenta son las siguientes:

Agrietamiento por corrosión bajo tensión y fragilización por hidrógeno: Ampliamente utilizado en la industria del petróleo y el gas (tuberías en ambientes ácidos), la energía nuclear (reactores de agua a presión y aceros inoxidables irradiados en agua de reactores de agua hirviendo), la industria aeroespacial y el procesamiento químico. Permite clasificar aleaciones, evaluar entornos (pH, temperatura, potencial) e investigar los mecanismos involucrados.
Efectos de la irradiación: Las pruebas a baja velocidad de deformación en materiales irradiados revelan endurecimiento, pérdida de ductilidad y canalización de dislocaciones que conducen a la fragilidad.
Propiedades generales de tracción: Ensayos a baja velocidad de deformación en aceros u otros metales para comprender el comportamiento dependiente de la velocidad sin influencias ambientales.
Herramienta de escaneo: Su relativa rapidez (de horas a días) en comparación con las pruebas de carga estática, que pueden tardar meses o años, la convierte en un método excelente para la calificación de materiales y los estudios mecanicistas.

Por ejemplo, en la investigación nuclear, las pruebas de velocidad de deformación lenta en agua simulada de reactor de agua a presión a aproximadamente 7,4 x 10⁻⁷ ^s⁻¹^han mostrado un endurecimiento por irradiación que alcanza la saturación alrededor de 10 dPa, una ductilidad disminuida a dosis más altas y ocasionales fisuras o agrietamiento intergranular.

Las ventajas de este método son las siguientes:

Pruebas de esfuerzo dinámico aceleradas pero realistas en condiciones abrasivas.
Configuración sencilla, repetible y versátil (muestras planas/con muescas, diversos soportes).
Proporciona indicadores cuantitativos claros (por ejemplo, índices de ductilidad) y evidencia fractográfica.

Sin embargo, este método tiene algunas limitaciones:

La velocidad de tensión debe elegirse cuidadosamente: una velocidad demasiado lenta o demasiado rápida puede comprometer la precisión.
Las implicaciones son drásticas: los materiales pueden fallar en las pruebas, pero funcionar adecuadamente en servicio (lo que requiere correlación con otras pruebas, como datos de campo o mecánica de fractura).
La interpretación puede ser compleja: la reducción de la ductilidad puede ser consecuencia de la formación de grietas, de su propagación o de ambas.
No es ideal para todos los materiales: algunas críticas sugieren que puede exagerar los riesgos en comparación con la carga estática.

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