En la Central Termoeléctrica “Luis Piedra Buena” de la ciudad de Bahía Blanca, los filtros de los condensadores de la caldera son arrastrados por cadenas para trabajo pesado con eslabones tipo compensación realizados con acero inoxidable martensítico tipo AISI 420. Estas cadenas presentan problemas de desgaste, corrosión y rotura. Con este estudio se pretende encontrar las mejores condiciones de temple y revenido que permitan conseguir eslabones (fundamentalmente camisas y pernos) que posean la mejor combinación de resistencia al desgaste y a la corrosión para las condiciones de uso. Para ello, una vez caracterizado el material comercial (suministrado en condición recocido) se realizaron distintos tratamientos de temple y revenido modificando las temperaturas de austenización, los medios de enfriamiento y las temperaturas de revenido. Las distintas microestructuras resultantes fueron caracterizadas utilizando microscopía óptica y microscopía electrónica de barrido y se evaluaron las propiedades mecánicas asociadas a través de la realización de ensayos de dureza e impacto. Con el objeto de determinar la naturaleza de los precipitados se obtuvieron réplicas extractivas de los carburos para someterlos a técnicas EDS que permitieran determinar su composición química y TEM para identificar cristalográficamente dichos carburos. Dado que los resultados de estas técnicas no fueron concluyentes se realizó esta tarea con reactivos de ataque selectivo que diferencian los distintos carburos. Para analizar la resistencia al impacto se empleó la probeta Charpy con entalla en “V”. Las superficies de rotura fueron observadas con microscopía electrónica (SEM). Para evaluar la resistencia a la corrosión se efectuaron ensayos de corrosión por picado según lo especificado por la normas ASTM G 1, G 46 y G 48, determinando tanto la pérdida de masa como el factor de picado para cada una de las estructuras obtenidas con los distintos tratamientos térmicos. Los resultados obtenidos permiten determinar el tratamiento térmico más adecuado en función de las propiedades que se quieren priorizar. / In the steam-electric power plant “Luis Piedra Buena” in Bahia Blanca city, the condenser filtres of the boiler are dragged by heavy-duty chains with compensation type links made of AISI 420 martensitic stainless steel. These chains present problems of wearing, corrosion and fracture. With this study, we seek for the best quenching and tempering conditions to get links (mainly sleeves and bolts) that have the best combination of resistance to wearing and corrosion for the usage conditions. For this, once the commercial material was characterized (supplied in annealing condition), it was subjected to different quenching and tempering treatments, changing the austenitizing temperatures, the cooling methods and the tempering temperatures. The different resulting microstructures were characterized using optical microscopy and scanning electron microscope and the mechanic properties associated were evaluated through the realization of hardness and impact tests. To determine the nature of the precipitates carbide extractive replicas were obtained to submit them to Energy dispersive X-ray spectroscopy (EDS) to find their chemical composition and transmission electron microscopes (TEM) techniques to identify crystalographically the aforementioned carbides. Since the results of these techniques were not conclusive this task was performed with selective etchants which differentiate between different carbides. A Charpy V-notch test was employed to analyze the impact resistance. The fracture surfaces were observed through scanning electron microscope (SEM). To evaluate the corrosion resistance pitting corrosion tests were made as specified in ASTM G 1, G 46 and G 48 standards, determining the mass loss as well as the pitting factor for each of the obtained structures with the different heat treatments. The obtained results allow to find the thermal treatment most appropriate in function of the properties that require to be prioritized.

Debido a la necesidad constante de mejorar y optimizar las diferentes propiedades mecánicas de las mezclas asfálticas en caliente, que se vean reflejadas en un mejor comportamiento; con reducciones en la aparición prematura de fallas estructurales más importantes como los ahuellamientos (deformaciones permanentes), fisuraciones por fatiga y agrietamientos térmicos. Se propone la incorporación de aditivos que puedan mejorar en cierto grado la capacidad de resistencia ante la aparición de una falla estructural en un pavimento flexible. Las fibras acrílicas y otras fibras sintéticas o naturales se incorporan en materiales de construcción con diferentes objetivos, para el presente estudio (mezclas asfálticas en caliente) se propone la adición de fibras acrílicas en mezclas asfálticas con gradación densa como un aditivo que promueve la eficiencia de retención y adhesión del asfalto; además de aumentar la flexibilidad por la elongación (27 % aproximadamente) de la fibra en la red tridimensional de la mezcla asfáltica que le permite disminuir posibles deformaciones permanentes (recuperándose al cesar los esfuerzos). Las fibras acrílicas por su composición, longitud-forma y propiedades mecánicas al ser incorporadas dentro de la mezcla asfáltica buscan optimizar el comportamiento mecánico sin deteriorar o afectar la afinidad entre los componentes. La presente investigación incorpora fibras acrílicas con diferentes longitudes de corte, estas fibras fueron fabricadas y diseñadas para la modificación de mezclas asfálticas; el objetivo es determinar su influencia en las propiedades mecánicas de las mezclas asfálticas en caliente con gradación densa. El esquema experimental incluyó el análisis de 25 tipos de mezclas asfálticas: (a) uno de control, llamada mezcla asfáltica patrón; (b) ocho mezclas con dosificaciones distintas de fibras con longitud de corte de 20 mm, llamada mezcla asfáltica modificada Tipo A; (c) ocho mezclas con dosificaciones distintas de fibras con longitud de corte de 12 mm, llamada mezcla asfáltica modificada Tipo B, y (d) ocho mezclas con dosificaciones distintas de fibras con longitud de corte de 8 mm, llamada mezcla asfáltica modificada Tipo C. Para valorar el aporte de la fibra se realizaron los ensayos de peso especifico aparente y peso unitario de mezclas asfálticas compactas empleando especímenes saturados con superficie secas (MTC E 514) y ensayos de resistencia de mezclas bituminosas empleando el aparato Marshall (MTC E 504, ASTM D 6926, ASTM D 6927 Y AASHTO 245). Los resultados observados permitieron determinar un incremento en los valores de estabilidad, además de un decremento proporcional en el flujo respecto al porcentaje de fibra adicionada. También se determinó un mejoramiento en la resistencia a la fatiga. Cabe mencionar que altas dosificaciones de fibra producen un efecto opuesto al deseado, este resultado se debe a la afectación en la trabajabilidad y por tanto un incremento en la heterogeneidad en la mezcla asfáltica.

En aquest treball, es presenta l'estudi de les propietats de fractura de films de polipropilè (PP) i copolímers etilè-propilè en blocs (EPBC) per mitjà de la tècnica del Treball Essencial de Fractura (EWF). Aquesta tècnica es mostra com una alternativa molt adapatada per a l'aplicació de la Mecànica de la Fractura a films dúctils, i permet separar l'energia total de fractura en un terme essencial, que fa referència al treball real de fractura, i un terme no essencial, relatiu a la dissipació d'energia de deformació plàstica al voltant del camí de fractura.En una primera part, s'estudien les condicions òptimes d'assaig de la técnica EWF per aplicar-la a films de polímers dúctils, analitzant la influència de variables d'assaig com són les dimensions de la proveta, la velocitat d'assaig o el mode de fractura.En una segona part, s'ha estudiat la relació entre els paràmetres de fractura obtinguts mitjançant la tècnica EWF i diferents propietats referents a l'estructura del material. Entre aquestes, s'ha analitzat la influència de les característiques cristal·lines, modificades per un procés de recuit previ als assajos, i del contingut d'etilè a diferents temperatures d'assaig. S'han aplicat nombroses tècniques de caracterització tant mecàniques i de fractura com físico-químiques.Els resultats mostren que el mètode EWF s'adapta bé a la necessitat de caracteritzar la fractura de films polimèrics, i permet estudiar la relació entre la seva estructura i les propietats de fractura que presenten. Alhora, es plantegen diferents modificacions del mètode que permeten potenciar les seves possibilitats. S'observa que al millorar la perfecció cristalina dels materials estudiats, el terme essencial augmenta en detriment del terme no essencial. També es demostra que la presència d'etilè en els EPBC minimitza la gran dependència que presenten les propietats de fractura del PP homopolímer en variar la temperatura, i es relaciona aquest comportament amb els canvis dels mecanismes de deformació predominants en el material. / En este trabajo, se presenta el estudio de las propiedades de fractura de films de polipropileno (PP) y copolímeros etileno-propileno (EPBC) por medio de la técnica del Trabajo Esencial de Fractura (EWF). Esta técnica se muestra como una alternativa muy adaptada para la aplicación de la Mecánica de la Fractura en films dúctiles, y permite separar la energía total de fractura en un término esencial, que hace referencia al trabajo real de fractura, y un término no esencial, relativo a la disipación de energía de deformación plástica alrededor del camino de fractura.En una primera parte, se estudian las condiciones óptimas de ensayo de la técnica WF para aplicarla a films de polímeros dúctiles, estudiando la influencia de variables de ensayo como son las dimensiones de probeta, la velocidad de ensayo o el modo de fractura.En una segunda parte, se ha estudiado la relación entre los parámetros de fractura obtenidos mediante la técnica EWF y distintas propiedades referentes a la estructura del material. Entre éstas, se ha analizado la influencia de las características cristalinas, modificadas por un proceso de recocido previo a los ensayos, y del contenido de etileno a diferentes temperaturas de ensayo. Se han aplicado numerosas técnicas de caracterización, tanto mecánicas y de fractura como físico-químicas.Los resultados muestran que el método EWF se adapta bien a la necesidad de caracterizar la fractura de films poliméricos, y permite estudiar la relación entre su estructura y las propiedades de fractura que presentan. También se plantean diferentes modificaciones del método que permiten potenciar sus posibilidades. Se observa que al mejorar la perfección cristalina de los materiales estudiados, el término esencial aumenta en detrimento del término no esencial. También se demuestra que la presencia de etileno en los EPBC minimiza la gran dependencia que presentan las propiedades de fractura del PP homopolímero al variar la temperatura, y se relaciona este comportamiento con los cambios de los mecanismos de deformación predominantes en el material. / In this work, the study of the fracture properties of polypropylene (PP) and ethylene-propylene block copolymers (EPBC) films by means of the Essential Work of Fracture (EWF) method is presented. This method is considered as a suitable alternative for applying Fracture Mechanics to ductile films, allowing the separation of the total fracture energy into two different items: an essential term, related to the actual fracture work, and a non essential term, related to the plastic deformation energy dissipation occurring in the region surrounding the fracture path.In a first part, the optimal EWF method test conditions for ductile plastic films are studied, by analysing the influence of such test variables as the specimen dimensions, the test rate or the fracture mode.In a second part, the relationship between the fracture parameters obtained by applying the EWF method and different materials structural properties are studied. Among these properties, the influence of the crystalline characteristics, modified by an annealing process before the tests, and that of the ethylene content at different test temperatures have been analysed.Various mechanical, fracture and physico-chemical characterisation techniques have been applied.The results show that the EWF method is very suitable to assess the fracture of polymeric films, and therefore to study the relationship between their structure and the fracture properties that they present. In addition, various modifications of the method are proposed in order to improve its possibilities.It is observed that as the crystalline perfection grows, the essential term increases but the non-essential term decreases. It is also shown that the ethylene presence in the EPBC minimises the strong temperature dependence shown by the fracture properties of the PP homopolymer. This behaviour is related to the predominant deformation mechanisms in the material. / Cet ouvrage présente l'étude des propriétés de rupture de films de polypropylène (PP) et de copolymères éthylène-propylène en blocs (EPBC) par moyen de la methode du Travail Essentiel de Rupture (EWF). Cette technique se révèle comme une alternative très adaptée à l'application de la Mécanique de la Rupture aux films ductiles, et permet la séparation de l'énergie totale de rupture en un terme essentiel, qui fait référence au travail réel de rupture, et en un terme non essentiel, relatif à la dissipation d'énergie de déformation plastique autour du chemin de rupture.Dans une première partie, les conditions optimales d'essai de la technique EWF pour l'application aux polymères ductiles sont étudiées, tout en analysant l'influence de variables d'essai telles que les dimensions de l'éprouvette, la vitesse de l'essai, ou le mode de rupture. La deuxième partie est consacrée à l'étude de la relation entre les paramètres de rupture obtenus par la méthode EWF et différentes propriétés de la structure du matériau. Parmis celles-ci, nous avons analysé l'influence des caractéristiques cristallines, modifiées par un processus de recuit préalable aux essais, et de l'effet du contenu en éthylène à différentes températures d'essai. Plusieurs techniques de caractérisation, aussi bien mécaniques, que de rupture, que physico-chimiques ont été utilisées.Les résultats montrent que la méthode EWF est très adaptée à la caractérisation de la rupture de films de polymères, et permet d'étudier la relation entre leur structure et leurs propriétés de rupture. Nous présentons, aussi, différentes approches modifiées de la technique EWF qui permettent d'accroître son potentiel. Il est observé que, quand la perfection cristalline des matériaux étudiés augmente, le terme essentiel augmente lui aussi, mais le terme non essentiel présente une tendance opposée. De même, il est démontré que la présence d'ethylène dans les EPBC a un effet de minimisation de l'importante dépendence que le PP homopolymère présente vis-à-vis de la température, et ce comportement est relié aux changements des mécanismes de déformation prédominants dans le matériau.

[ES] Los procesos convencionales de transformación de materiales requieren afrontar nuevos retos que se presentan en la actual sociedad industrial como es la propia sostenibilidad medioambiental. De la misma forma, los productos fabricados en el futuro deberán cumplir ciertos requisitos medioambientales, como la reciclabilidad de la materia prima utilizada. Dentro de este contexto la fabricación de productos mediante técnicas tridimensionales como la fabricación aditiva, permite utilizar únicamente el material necesario que se requiere para un producto completo. Dichas técnicas de fabricación son las solicitadas por el sector aeronáutico, entre otros, que requiere de unos valores de calidad muy exigentes. Dentro de estos ensayos, el estudio del comportamiento del material ante crecimiento de grieta es de gran importancia. Mediante este tipo de fabricación se obtiene un producto en estado casi final a través de la adición de capas de alrededor de 100 micras, que da como resultado una orientación de grano metalúrgico preferente y diferente a la misma aleación fabricada por forja convencional. Los fenómenos ocurridos durante la fabricación pueden dar lugar a defectos como grietas o porosidades que disminuyen las capacidades resistentes, por lo que un estudio para predecir la vida del componente es importante. Dentro de los procesos de fabricación aditiva nos encontramos con la fabricación por haz de electrones, que consigue calidades de material casi con porosidad nula, por lo que empresas del sector aeronáutico o médico consideran esta técnica como de gran fiabilidad. El trabajo desarrollado en esta tesis se basa en el estudio de aleaciones de titanio fabricadas mediante fabricación aditiva por haz de electrones. En concreto, el estudio se centra en el comportamiento a tenacidad a la fractura para relacionarlo con las características microestructurales más relevantes. Los análisis llevados a cabo consideran diversas orientaciones que tienen lugar en la bandeja de fabricación, realizándose ensayos mecánicos tanto estáticos como dinámicos. Una segunda parte de la tesis se basa en el modelado mediante elementos finitos extendido, XFEM, que se desarrolla como alternativa a los métodos tradicionales de mallado. En el XFEM una aproximación de elementos finitos se construye de forma que sea capaz de representar funciones de enriquecimiento dentro de los elementos mediante grados de libertad adicionales. Un punto crítico en el proceso de cálculo mediante elementos finitos es el proceso de mallado. La precisión obtenida en la aproximación depende del tamaño de los elementos de la malla. Por tanto, el cálculo con precisión en puntos importantes como la zona cercana a grieta exige una malla con un tamaño de elemento muy pequeño. Con la técnica XFEM se alcanza una mayor precisión mediante un proceso de enriquecimiento de extremo de grieta. Los resultados que ofrece la herramienta XFEM se comparan con los obtenidos experimentalmente con componentes fabricados mediante impresión 3D. Esta comparativa se lleva a cabo sobre diversas geometrías con la presencia de agujeros, de tal forma que se ha podido predecir el crecimiento de grieta que tiene lugar en materiales por impresión 3D. De la misma forma, se llevan a cabo comparativas de piezas con geometría compleja, para validar el modelo desarrollado. / [CA] Els processos convencionals de transformació de materials requereixen afrontar nous reptes que es presenten en l'actual societat industrial com és la pròpia sostenibilitat mediambiental. De la mateixa forma, els productes fabricats en el futur hauran de complir certs requisits mediambientals, com el reciclatge de la matèria primera. Dins d'aquest context, la fabricació de productes mitjançant tecnologia 3D com la fabricació additiva, permet usar només el material necessari que es requereix per a un producte complet. Aquestes tècniques de fabricació són les sol·licitades pel sector aeronàutic que requereix d'uns valors de qualitat molt exigents. Dins d'aquests assajos, l'estudi del comportament del material a través de creixement de clivella és vital. Mitjançant aquesta mena de fabricació s'obté un producte en estat quasi final a través de l'addició de capes d'alçària al voltant de 100 micres, que dona com a resultat una orientació de gra metal·lúrgic preferent i diferent al mateix però fabricat convencionalment. Els fenòmens ocorreguts durant la fabricació poden donar lloc a defectes com a clivelles o porositats que poden disminuir les capacitats resistents, per la qual cosa un estudi per a predir la vida del material és important. Dins dels processos de fabricació additiva ens trobem amb la fabricació per feix d'electrons la qual aconsegueix qualitats de material quasi amb porositat nul·la, per la qual cosa empreses del sector aeronàutic i mèdic han conclòs a aquesta tècnica com la més fiable. El treball desenvolupat en aquesta tesi es basa en l'estudi d'aliatges de titani fabricades mitjançant fabricació additiva per feix d'electrons, principalment el seu comportament a la tenacitat a la fractura per a relacionar-ho amb les característiques microestructurals més rellevants. Les anàlisis dutes a terme se centren en diverses orientacions que tenen lloc en la plataforma de fabricació, realitzant-se assajos mecànics tant estàtics com dinàmics. Una segona part de la tesi es basa en el modelatge mitjançant elements finits estesos, XFEM, que es desenvolupa com a alternativa als mètodes lliures de malla. En el XFEM una aproximació d'elements finits es construeix de manera que siga capaç de representar funcions (enriquiment) dins dels elements. Un punt crític en el procés de càlcul en qualsevol mètode que usa una malla és el procés d'emmallat. La precisió obtinguda en l'aproximació depén de la grandària dels elements de malla. Per tant, el càlcul amb precisió en punts importants, com la zona pròxima a clivella, exigeix l'ús d'una malla amb una grandària d'element molt xicoteta. Amb la tècnica XFEM aconseguim aqueixa precisió mitjançant un procés de enriquiment. / [EN] Conventional material transformation processes require facing new challenges that arise in today's industrial society, such as environmental sustainability. Similarly, products manufactured in the future must meet certain environmental requirements, such as the recyclability of the raw material used. Within this context, the manufacture of products using 3D technology such as additive manufacturing, allows using only the necessary material that is required for a complete product. These manufacturing techniques are requested by the aeronautical sector, which requires very demanding quality values. Within these tests, the study of the behavior of the material through crack growth is of great importance. By means of this manufacturing technology, a product is obtained in an almost final state through the addition of layers of about 100 microns, which results in a preferential metallurgical grain orientation and different from the same alloy manufactured by conventional methods. The phenomena occurring during manufacturing can lead to defects such as cracks or porosities that can reduce the strength capabilities, so a study to predict the life of the component is important. Within the additive manufacturing processes we find the electron beam manufacturing which achieves material qualities with almost zero porosity. As a consequence, companies in the aeronautical or medical sector have concluded this technique as very reliable. The work developed in this thesis is based on the study of titanium alloys manufactured by electron beam additive manufacturing. More precisely, the work is focused on the fracture toughness behavior in order to relate it to the most relevant microstructural characteristics. The analyses carried out consider different orientations and positions that take place in the fabrication tray, performing both static and dynamic mechanical tests. A second part of the thesis is based on the application of the extended finite element method, XFEM, which is developed as an alternative to conventional finite element method. In XFEM a finite element approximation is constructed in such a way that it is able to represent functions within the elements. A critical point in the calculation process in the finite element method is the meshing process. The accuracy obtained in the approximation depends on the size of the elements of the mesh. Therefore, accurate computation at important points such as the near-crack zone requires the use of a mesh with a very small element size. With the XFEM technique, we achieve this accuracy by means of an enrichment process. The results provided by the XFEM tool are compared with those obtained experimentally with respect to components manufactured by 3D printing. This comparison is carried out on different geometries with the presence of holes, in such a way that it has been possible to predict the crack growth that takes place in 3D printed materials. In the same way, comparisons of parts with complex geometry are carried out to validate the developed model. / Niñerola González, R. (2022). Estudio del comportamiento por crecimiento de grieta de aleaciones fabricadas por adición mediante haz de electrones [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/183818