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Título : INSTRUMENTACIÓN DE UN PÉNDULO PARA OBSERVAR LOS CAMBIOS DE TENACIDAD DE: UN ACERO 4140 TEMPLADO Y REVENIDO, FRAGILIZACIÓN POR HIDRÓGENO EN UN ACERO 1018 Y FRAGILIZACIÓN POR RADIACIÓN EN UN ACERO INOXIDABLE 316.
Autor : DR. HALLEN LÓPEZ, JOSÉ MANUEL
M EN C. GARCÍA ROBLEDO, JAIME FRANCISCO
Palabras clave : PÉNDULO
HIDRÓGENO
ACERO 1018
ACERO 4140
RADIACIÓN
ACERO INOXIDABLE 316
Fecha de publicación : 13-oct-2011
Resumen : In the present research is a pendulum instrument to observe changes in the tenacity of three physical phenomena that cause fragility in metallic materials. The first case study was to observe the changes of toughness: a quenched and tempered 4140 steel. Embrittlement phenomenon known as tempering. In the second case is weakened by introducing hydrogen in cathode loaded Charpy specimens in a 1018 steel, in order to observe the mechanical behavior in an instrumented impact test the phenomenon of hydrogen embrittlement. In the third case uses a nickel ion implanter to simulate neutron damage in a 316 stainless steel with similar characteristics to that of a nuclear reactor vessel. Damage known as radiation embrittlement. To study the first case was performed a microstructural analysis by SEM to observe the relationship with the fracture toughness in 4140 steel. The fracture toughness was quantified using an instrumented impact test with Charpy type specimens. 4140 steel was selected because this of embrittlement of steels that are part of the structural components of a reactor has an engineering challenge, since you need to use weaken reactors often control samples and samples radioactivity. An alternative is to use a particle accelerator to implant ions, these ions are implanted into the surface and depending on their atomic weight and density of the target (material to be studied) the degree of penetration damage or damaged area. One way to see how and when a crack nucleates and propagates can be carried out through tests on specimens notched Charpy type, tests were conducted at three points bending constant strain rate and instrumented Charpy pendulum, complementing observations of scanning electron microscopy of the damaged region containing the crack, trying to explain the degree of embrittlement and crack growth within the area affected by radiation (notch area).is a steel that is frequently used for the manufacture of machine parts susceptible to hardening in addition to annealing at different temperatures are achieved varying degrees of tenacity. The study was carried out in temperate Charpy type specimens in oil from 850 ° C and tempered at 100 ° C for 1hr, 1.5 hrs and 2hrs, in order to observe the elimination of hardening efforts. In addition, use a temperature of 400 ° C for 1hr, 1.5 hrs and 2hrs area where this steel temper embrittlement present. We found an increase in toughness with tempering time at 100 ° C while the hardness remained constant, but different behavior can be observed at 400 ° C with annealing time while the hardness decreases abruptly rises and falls tenacity. For the second case is weakened by introducing hydrogen in cathode loaded Charpy specimens of steel 1018, to observe the mechanical behavior in an instrumented impact test and observe the change in fracture toughness by the effect of hydrogen. In addition, a stress test shows a Embrittlement in the curves decrease in the percentage of deformation and found in the change of fracture mechanism on the surface of the specimens of coalecencia of pores cusiclivaje widespread. In contrast to the Charpy impact test how the curve changes slightly and the features of initiation shows more drastic changes and fractography area as the crack initiation and propagation show features of embrittlement in the specimens charged with hydrogen . In the third case it is known that radiation damage causes loss of ductility in structural steels, the assess the degree
Descripción : En el presente trabajo de investigación se instrumento un péndulo para poder observar cambios en la tenacidad de tres fenómenos físicos que causan fragilidad en materiales metálicos. El primero de los casos de estudio fue observar los cambios de tenacidad de: un acero 4140 templado y revenido. Fenómeno conocido como fragilización por revenido. En el segundo de los casos se fragilizo por cargado catódico introduciendo hidrogeno en probetas Charpy en un acero 1018, con el fin de observando el comportamiento mecánico en una prueba de impacto instrumentada al fenómeno de fragilización por hidrogeno. En el tercer caso se empleo un implantador de iones de níquel para simular daño neutrónico en un acero inoxidable 316 con características similares a la de una vasija de reactor nuclear. Daño conocido como Fragilización por radiación. Para estudiar el primer caso se realizo un análisis microestructural por MEB, para observar la relación existente con la tenacidad a la fractura en un acero 4140. La tenacidad a la fractura se cuantifico empleando una prueba de impacto instrumentada, con probetas tipo Charpy. Se selecciono el acero 4140 debido a que este es un acero que frecuentemente se utiliza para la fabricación de piezas de maquinaria susceptible a temple además de que a diferentes temperaturas de revenido se alcanzan diferentes grados de tenacidad. El estudio se realizo en probetas tipo Charpy templadas en aceite desde 850 °C y revenido a 100° C por 1hr, 1.5 hrs y 2hrs, con el fin de observar la eliminación de esfuerzos del temple. Además se empleo una temperatura de 400° C por 1hr, 1.5 hrs y 2hrs zona en la cual este acero presento fragilidad por revenido. Se encontró un aumento de la tenacidad con el tiempo de revenido a 100 °C mientras que la dureza permanecía constante, pero un comportamiento diferente puede observarse a 400 °C con el tiempo de revenido mientras que la dureza disminuye la tenacidad sube y cae abruptamente. Para el segundo caso se fragilizo por cargado catódico introduciendo hidrogeno en probetas Charpy de un acero 1018, con el fin de observando el comportamiento mecánico en una prueba de impacto instrumentada y observar el cambio en la tenacidad a la fractura por el efecto del hidrogeno. Adicionalmente una prueba de tensión nos muestra una Fragilización en las curvas por disminución en el porcentaje de deformación y se comprobó en el cambio de mecanismo de fractura en la superficie de las probetas, de coalecencia de poros a cusiclivaje generalizado. En cambio en la prueba de impacto Charpy la forma de la curva cambia ligeramente y los rasgos de iniciación muestran los cambios mas drástico y las fractografias tanto de la zona de iniciación de la grieta como de propagación muestran rasgos de fragilización en las probetas cargadas con hidrogeno. En el tercer caso es conocido que el daño por radiación provoca perdida de ductilidad en aceros estructurales, el evaluar el grado de fragilización de los aceros que forman parte de los componentes estructurales de un reactor presenta un reto de ingeniería, ya que hay que usar los reactores para fragilizar muestras testigo y muchas veces las muestras se activan radiactivamente. Una alternativa es usar un acelerador de partículas para implantar iones, estos iones se implantan en la superficie y dependiendo de su peso atómico y de la densidad del blanco (material ha ser estudiado) será el grado de daño o zona de penetración dañada. Una forma de observar como y cuando nuclea y propaga una grieta puede llevarse a cabo a través de pruebas en probetas tipo Charpy con entalle, se realizaron pruebas de doblez en tres puntos a velocidad de deformación constante y de Charpy con un péndulo instrumentado, complementando con observaciones de microscopía de electrónica de barrido de la región dañada conteniendo la grieta, para tratar de explicar el grado de fragilización y el crecimiento de grietas dentro de la zona afectada por la radiación (zona del entalle).
URI : http://www.repositoriodigital.ipn.mx/handle/123456789/16171
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