Utensilio para ensayos de corrosión bajo tensión caracterizado por estar adaptado a probetas de tenacidad a fractura y probetas de ensayos mecánicos,

sumergidas horizontalmente en un ambiente agresivo y por estar acoplado a una máquina universal de ensayos en disposición vertical.

El utensilio resuelve el problema técnico de realizar ensayos de corrosión bajo tensión con probetas en disposición horizontal cuando sólo se dispone de máquinas universales de ensayos en disposición vertical.

El utensilio se caracteriza por los siguientes elementos:

- Acople a la máquina de ensayos (1.1).

- Eje superior (1.2).

- Dos brazos dispuestos de modo similar a los de un compás (1.3).

- Dos ejes inferiores (1.4).

- Dos barras en forma de C (1.5).

- Cuatro rodamientos (1.6).

- Dos guías que contienen carriles para los rodamientos (1.7).

- Barras roscadas apropiadas para la unión con las clavijas necesarias en los ensayos de tenacidad a fractura en condiciones de corrosión bajo tensión (1.8)

Utensilio para ensayos de corrosión bajo tensión.

Sector de la técnica

Ciencia y Tecnología de Materiales.

Subsector: Dispositivos para ensayos de corrosión bajo tensión.

Descripción

Utensilio para ensayos de corrosión bajo tensión.

Objeto de la invención

La presente invención se refiere a un utensilio para la realización de ensayos de corrosión bajo tensión de probetas de tracción o de tenacidad a fractura en disposición horizontal sumergidas en un ambiente agresivo cuando sólo se dispone de una máquina universal de ensayos en disposición vertical.

El objetivo de la presente invención es dar una solución económicamente asequible a un problema habitual en ensayos de corrosión bajo tensión, que es el de cómo realizar ensayos de corrosión bajo tensión, con probetas en disposición horizontal sumergidas en ambientes agresivos, cuando sólo se dispone de máquinas universales de ensayos en disposición vertical, mucho más habituales que las de disposición horizontal.

Antecedentes de la invención

La realización de ensayos de caracterización mecánica, en general, y de tenacidad a fractura en particular, sobre materiales en condiciones de corrosión bajo tensión (normalmente en disposición horizontal) se encuentra limitada en la actualidad. Ello se debe a la dificultad de implementar un equipo experimental a las máquinas universales de ensayos de disposición vertical habituales en los laboratorios de ensayos mecánicos, y a la vez un horno que mantenga el ambiente corrosivo a alta temperatura, condición en la que éste es más activo o sencillamente la condición en la que existe. Esto obliga a utilizar ambientes corrosivos estables a temperatura ambiente, como disoluciones de ácidos, bases, y mercurio en cuanto a los metales líquidos.

Existen en el mercado máquinas universales de ensayo que aplican cargas tanto en dirección vertical como en horizontal (se puede consultar al respecto los catálogos de las principales marcas, por ejemplo en www.instron.com, www.mts.com o www.servosis.com, entre otras). Las máquinas ideales para el ensayo de corrosión bajo tensión serían las que aplican fuerzas en dirección horizontal, pues permitirían la inmersión de las piezas en ambientes agresivos de distinto tipo. Sin embargo, estas máquinas en la mayoría de las ocasiones tienen alguna o varias de las siguientes desventajas:

1.- Son excesivamente grandes para las probetas utilizadas habitualmente en mecánica de la fractura, y por lo tanto carecen de la precisión necesaria.

2.- No tienen espacio suficiente debajo ellas y no dejan sitio para introducir un horno que mantenga el ambiente agresivo a la temperatura adecuada

3.- Son excesivamente caras para el número de ensayos que se han de realizar en condiciones de corrosión bajo tensión, lo que impide su amortización.

Este hecho hace que los procedimientos de ensayo, aunque estén bien definidos, queden limitados a la realización de ensayos de corrosión bajo tensión en ambientes agresivos a temperatura ambiente, o limitados al ensayo sobre la probeta tensionada antes y después de su inmersión en un ambiente agresivo a alta temperatura. Respecto los procedimientos de ensayo se pueden consultar un resumen en KATZ, Y., TYMIAK, N., GERBERICH, W.W. "Evaluation of Environmentally Assisted Crack Growth". In "ASM Handbook, Volume 8. Mechanical Testing and Evaluation". ASM International. Pp. 612-648.

De todos estos motivos se deduce la enorme dificultad de realizar un ensayo a carga o a velocidad de deformación constantes en un ambiente agresivo a una temperatura superior a la ambiente cuando no se dispone de una máquina de tracción horizontal adecuada. Hasta ahora cada laboratorio ha buscado la solución a su problema concreto, con lo que no se ha desarrollado un equipamiento experimental que, de forma general, resuelva el problema planteado. Esas soluciones concretas suelen consistir en:

1.- Encargar máquinas universales de ensayo de disposición horizontal específicas para los ensayos a realizar. Esta solución es económicamente inaceptable en la mayoría de las ocasiones.

2.- Construir recipientes que contengan los ambientes agresivos y que se adapten a la máquina de la que dispone el laboratorio en cuestión. El inconveniente en este caso es que estos recipientes son difícilmente acoplables a otras máquinas de ensayos y, por lo tanto, poco versátiles.

Descripción de la invención

El invento consiste en un utensilio que permite realizar ensayos mecánicos en ambiente químico agresivo de probetas de tracción o de tenacidad a fractura en disposición horizontal utilizando máquinas universales de ensayo de carga vertical convencionales.

El utensilio consiste en dos brazos rígidos unidos en su parte superior por un eje, al que se le añade un acople con la célula de carga de la máquina de ensayos. El acople incluye una rótula, para evitar componentes de tensión no deseadas.

En su parte inferior los brazos del utensilio se unen con barras en forma de U a través de sendos ejes con rodamientos, y esas barras en forma de U contienen unos agujeros roscados en el extremo no unido a los brazos del utensilio, a los que se puede unir una probeta que puede ser de tracción, axilsimétrica o varias de las probetas utilizadas en mecánica de la fractura (CT, DCB, y otras especificadas más adelante), con sus correspondientes horquillas.

Este utensilio permite la aplicación de una fuerza vertical en su parte superior, sobre el eje donde se unen los brazos metálicos. Esa fuerza vertical se transmite a lo largo de dichos brazos y se divide en una componente horizontal y una vertical. La componente vertical se compensa con la reacción del suelo o base del utensilio, y es la componente horizontal la que actúa sobre las barras en forma de U y sobre la probeta, que por la forma del utensilio puede estar sumergida en un recipiente que contiene el ambiente agresivo. Esa componente horizontal, fácilmente calculable, es la que permite hacer el ensayo de corrosión bajo tensión.

La principal ventaja del utensilio es que permite utilizar máquinas de ensayo verticales con probetas en disposición horizontal y que pueden estar sumergidas. Su disposición evita el contacto entre la máquina de ensayo y el ambiente agresivo. El utensilio ha de estar fabricado en un material rígido que soporte las cargas a las que se someterá la probeta sin sufrir deformaciones permanentes debidas a tracción, compresión o flexión.

También ha de resistir el ambiente agresivo al que se va a someter a la probeta y la temperatura del ensayo, en caso necesario. El utensilio también permite el uso de los aparatos de extensometría habituales para los ensayos mecánicos de materiales. Otras ventajas del utensilio son:

1.- La portabilidad.

2.- Adaptabilidad a probetas de tracción y de ensayo de tenacidad a fractura con la utilización como adaptadores de simples roscas.

3.- Flexibilidad a las condiciones de ensayo de cada laboratorio. Puede cambiar de tamaño dependiendo del tipo de máquina; se pueden redimensionar los brazos del utensilio y las barras en forma de C para permitir el ensayo de dos probetas (sumergidas o no); se puede cambiar el material de construcción de todas o de alguna de las partes del utensilio a otro que se adapte mejor al ambiente agresivo, con tal de que sea lo suficientemente rígido en las condiciones de ensayo. También se pueden añadir rótulas a las uniones con la probeta para evitar cualquier componente de tensión no deseada.

4.- Su precio, que es mucho más reducido que el de una máquina universal de ensayos de disposición horizontal específica para las necesidades del laboratorio.

Las precauciones adoptadas por los inventores del utensilio para un perfecto funcionamiento del mismo son las siguientes:

1.- Un dimensionamiento adecuado que permita la rigidez de todo el utensilio frente a la probeta, que es la parte del sistema experimental que ha de romper durante los ensayos.

2.- Una acotación clara y un acabado mecánico lo más liso posible de las zonas eje- agujero taladrado que permita el giro correcto de los ejes sin rozamientos excesivos, ya que en muchos casos, debido a la temperatura y ambiente agresivo cercano, no se pueden engrasar los ejes del utensilio.

3.- Debido a la imposibilidad de eliminar totalmente el rozamiento entre los componentes del utensilio,...

1. Utensilio para ensayos de corrosión bajo tensión previsto para la realización de ensayos sobre probetas de tracción y axilsimétricas sumergidas horizontalmente en un ambiente agresivo y adaptado para ser acoplado máquina universal de ensayos en disposición vertical. El utensilio está caracterizado por un acople a la máquina de ensayos (1.1), atravesado por un eje superior (1.2), que actúa como vértice superior de un triángulo isósceloes, y que une dos brazos rígidos (1.3), que son los lados iguales del triángulo, unidos a su vez a sendos ejes inferiores (1.4), que son los vértices inferiores del triángulo, de los que parten dos barras en forma de U (1.5), que son las dos mitades de la base del triángulo. En los extremos de los ejes inferiores se sitúan sendos rodamientos (1.6), cuatro en total, situados dos a dos sobre los carriles contenidos por dos guías planas (1.7). En el otro extremo de las barras en forma de U hay dos agujeros roscados (1.8), uno por barra en forma de U, a los que se puede unir la probeta (ver ejemplos en la figura 2), que forma la parte central de la base del triángulo isósceles.

2. Un utensilio para realizar ensayos de corrosión bajo tensión previsto para la realización de ensayos de tracción sobre probetas de tenacidad a fractura sumergidas horizontalmente en un ambiente agresivo, según la reivindicación 1 (figura 2), caracterizado por usar barras roscadas apropiadas atornilladas a los agujeros roscados (ver 3.8) para la unión con las clavijas que necesitan las probetas de los ensayos de tenacidad a fractura (ver ejemplos de probetas en la figura 4).

3. Un utensilio para realizar ensayos de corrosión bajo tensión, según la reivindicación 1, y que se caracteriza por los siguientes elementos:

- Los dos brazos rígidos unidos por el eje superior (figuras 5 y 6) han de fabricarse en un acero resistente a altas temperaturas de composición química:

Tratamiento térmico: Normalizado + revenido

Y de 349 MPa de límite elástico mínimo a 450ºC.

- Las dos barras iguales en forma de U (figura 7), fabricadas en un acero resistente a altas temperaturas semejante al del punto anterior.

- Dos guías que contienen carriles para los rodamientos (figura 8), fabricadas en acero al carbono.

- Un eje superior fabricado en un acero resistente a altas temperaturas semejante al de los brazos rígidos (figura 9).

- Cuatro rodamientos de bolas hechos en acero de rodamientos de la siguiente composición química (figura 10):

Tratamiento térmico: Normalizado + revenido

- Los ejes inferiores fabricados en un acero resistente a altas temperaturas semejante al de los brazos rígidos unidos por el eje superior (figura 11).

- Un acople del utensilio a la máquina universal de ensayos, fabricado en un acero resistente altas temperaturas (figura 12) semejante al de los brazos rígidos unidos por el eje superior.