Durante los últimos 50 años, Los investigadores del Instituto Nacional de Ciencia de Materiales (NIMS) han realizado pruebas detalladas a corto y largo plazo de una amplia variedad de materiales estructurales fabricados en Japón para garantizar que puedan resistir tensiones a largo plazo. Ahora, Los científicos del NIMS han revisado estos datos, en el diario Ciencia y tecnología de materiales avanzados , resumiendo los principales hallazgos del instituto.

En 1966, El predecesor de NIMS, el Instituto Nacional de Investigación de Metales, lanzó su "proyecto de hoja de datos de fluencia". El objetivo de este proyecto era determinar la tensión necesaria para romper aceros y aleaciones resistentes al calor en 100, 000 horas (unos 11,4 años) a altas temperaturas. Estos datos de "resistencia a la rotura por fluencia" fueron inicialmente necesarios para determinar las tensiones permitidas a las que los metales podrían estar expuestos en las plantas de energía. Pero más recientemente, Estos datos se han utilizado para evaluar cuánto más tiempo tienen las piezas de la central eléctrica antes de que comiencen a desgastarse.

Poco más de una década después, en 1978, NIMS también comenzó a ensamblar lo que se ha convertido en una enorme base de datos de propiedades de fatiga de materiales estructurales utilizados en numerosas industrias. incluidos los automóviles y las aeronaves. La fatiga describe cómo se propagan las grietas en un metal con el tiempo. Las pruebas de fatiga implican colocar una muestra de metal bajo cargas repetitivas, llamados ciclos, para ver cuánto tarda en desarrollarse y propagarse una grieta. Estas pruebas se realizan a temperatura ambiente y altas temperaturas. Las muestras están expuestas a un número relativamente pequeño de ciclos (en el rango de 10 millones de ciclos) o hasta 10 mil millones de ciclos, durando varios años.

Los datos del NIMS han revelado que la resistencia a la fluencia a largo plazo de los materiales varía, y que los científicos deben elegir el tipo de método de análisis para los datos de ruptura por fluencia de acuerdo con el tipo de material. La forma en que ocurre la fluencia en los materiales durante las pruebas no solo depende de la cantidad de tensión aplicada, sino también en las condiciones de temperatura. Los investigadores han descubierto que los materiales reaccionan de manera diferente a diferentes temperaturas según su composición química. las cantidades de elementos menores en ellos, y el tamaño de grano del cristal. Aceros ferríticos resistentes al calor, que se utilizan habitualmente en centrales térmicas, se encontró que tenían un largo plazo, resistencia a la fluencia inherente. Pero esta resistencia a la fluencia depende de la cantidad de solutos menores presentes en el acero.

Límites de fatiga, por otra parte, se ven afectados por la resistencia a la tracción y la dureza de un metal. Curiosamente, Los científicos del NIMS han descubierto que algunos metales pueden durar un tiempo increíblemente largo sin formar grietas siempre que estén constantemente expuestos a la temperatura ambiente. Estos mismos metales, sin embargo, eventualmente formaría grietas si se expone a la misma tensión pero a alta temperatura.

Hasta ahora, Las hojas de datos de fluencia y fatiga desarrolladas en NIMS se han utilizado principalmente para fines industriales. La institución ahora tiene como objetivo mejorar la accesibilidad para que los datos también puedan ser utilizados por académicos.