Pruebas de baja temperatura e impacto
Fecha:2026-01-12
I. Concepto básico: ¿Cómo la temperatura "embriela" los materiales?
Las propiedades mecánicas de los materiales, especialmente los metales, no son constantes. A medida que disminuye la temperatura, la tenacidad (la capacidad de absorber energía y sufrir una deformación plástica sin fracturarse) de muchos materiales disminuye significativamente, mientras que su fragilidad (la tendencia a fracturarse bajo una deformación menor) aumenta bruscamente. Este fenómeno se llama la "transición dúctil-frágil".
Estado resistente (región de alta temperatura): el material sufre una deformación plástica significativa (como la mella y el estiramiento) antes de la fractura, absorbiendo una gran cantidad de energía de impacto. La superficie de la fractura es fibrosa y de color oscuro.
Estado quebradizo (región de la baja temperatura): Las fracturas materiales repentinamente con casi ninguna deformación plástica, absorbiendo muy poca energía. La superficie de fractura es cristalina y lisa.
El propósito de las pruebas de impacto a baja temperatura es determinar con precisión la temperatura de transición dúctil-frágil de un material, o verificar directamente si su resistencia al impacto cumple con el estándar a una temperatura baja específica.
II. Método de prueba: Prueba de impacto Charpy V-Notch
El método de prueba de impacto a baja temperatura más clásico y ampliamente utilizado es la "Prueba de impacto Charpy V-Notch".
Espécimen: El espécimen estándar presenta una muesca en forma de "V" mecanizada con precisión en el centro. Esta muesca simula puntos de concentración de tensión en estructuras reales (como soldaduras, grietas y poros), lo que hace que los resultados de la prueba se parezcan más a las realidades de la ingeniería.
Procedimiento:
Enfriar la muestra y el martillo de impacto a la temperatura de prueba especificada (por ejemplo, -20 ° C, -40 ° C, -60 ° C, o incluso-196 ° C temperatura de nitrógeno líquido).
Mantenga la muestra en un baño criogénico dedicado durante un tiempo suficiente para garantizar una temperatura uniforme en toda la muestra.
Transfiera rápidamente el espécimen a la ayuda de la máquina de prueba del impacto para el impacto del péndulo. Todo el proceso debe completarse en segundos para evitar que la muestra se caliente.
Resultados: Mida la energía cinética restante después de que el péndulo rompa el espécimen, y calcule la energía de impacto absorbida por el espécimen durante la fractura (en Joules (J). Simultáneamente, observe el porcentaje de superficie de fractura frágil en la morfología de la fractura, que es un indicador directo de la fragilidad dúctil.
III. ¿Por qué realizar pruebas de impacto criogénico? Una línea de vida para la seguridad y la fiabilidad
Esta prueba está lejos de ser un simple estudio de laboratorio; es una necesidad esencial de ingeniería directamente relacionada con la seguridad de la vida y la propiedad.
Prevención de la fractura catastrófica: Históricamente, durante la Segunda Guerra Mundial, numerosos buques de carga "Liberty" se rompieron en dos en agua de mar helada, y muchos puentes y tanques de almacenamiento colapsaron repentinamente en invierno. La causa principal fue la fragilidad del acero a baja temperatura. Las pruebas de impacto son un método básico de control de calidad para prevenir este tipo de accidentes.
Base para la selección y certificación de materiales: Para equipos utilizados en regiones frías (como el Ártico y las altas montañas) o en condiciones de baja temperatura (como el transporte de GNL y productos químicos criogénicos), las normas pertinentes (como ASME, EN y GB) Los materiales deben cumplir con los requisitos específicos de energía de impacto a la temperatura mínima del metal de diseño.
Calificación del procedimiento de soldadura: La soldadura es un proceso metalúrgico que altera la microestructura y las propiedades del material base. La zona afectada por el calor, en particular, es a menudo la fuente de fractura frágil. Cualquier procedimiento de soldadura debe demostrar su idoneidad a través de una serie de pruebas, incluidas las pruebas de impacto a baja temperatura.
Evaluación de la degradación del material: para equipos en servicio (como puentes y recipientes a presión envejecidas), se pueden realizar pruebas de impacto en muestras para evaluar si la tenacidad a baja temperatura del material se ha degradado después del uso a largo plazo o la exposición a factores ambientales como la radiación.
IV. Áreas de aplicación
Industrias de aplicación central:
Energía: oleoductos y gasoductos, plataformas marinas, tanques de almacenamiento de GNL y cascos de buques, generadores de turbinas eólicas.
Transporte: barcos (especialmente los utilizados para la navegación polar), trenes de alta velocidad, automóviles (especialmente chasis y componentes de seguridad).
Recipientes a presión y tuberías: equipos químicos, tanques de almacenamiento criogénico, componentes de plantas de energía nuclear.
Puentes y edificios: Puentes y edificios de estructura de acero en entornos de gran altitud y baja temperatura.
Aeroespacial: rendimiento del tren de aterrizaje de aeronaves y los componentes del motor en entornos de gran altitud y baja temperatura.
