Tipos de tensiones residuales

Medición de la tensión residual en un anillo con un equipo Xstress G3

Las tensiones residuales están espontáneamente en equilibrio como tensiones residuales de tracción que se conocen como tensiones residuales perjudiciales o indeseables, y las tensiones residuales de compresión que se conocen como beneficiosas o deseables. Por ejemplo, una superficie formada en tensiones de tracción constará de tensiones residuales de compresión, y una superficie formada en tensiones de compresión contendrá tensiones residuales de tracción.

Las tensiones residuales de tracción disminuyen la resistencia a la fatiga y provocan fallos por fatiga. Las tensiones residuales de tracción son usualmente efectos secundarios de la producción, tales como el rectificado agresivo que dan lugar a la aparición y al crecimiento de grietas. También se pueden introducir por conformado, estampación, trefilado, doblado o torsión. Como ejemplo, las piezas de fundición tienen generalmente tensiones remanentes como tensiones residuales que pueden causar el agrietamiento en la superficie del componente. Además, el agrietamiento por corrosión por tensión es un fenómeno que se produce en presencia de tensiones residuales de tracción.
El siguiente video que fue grabado por Volvo Powertrain en Suecia muestra las magnitudes de las tensiones residuales que podrían desarrollarse durante la solidificación de las piezas fundidas. Como se puede ver, ya se había formado en el componente una tensión residual de un nivel sorprendentemente alto. Esta es una de las razones por las que es importante conocer las tensiones residuales antes de aplicar cualquier carga de trabajo sobre el componente.

Las tensiones residuales de compresión aumentan tanto la resistencia a la fatiga como la resistencia a la rotura por corrosión bajo tensión. Son formadas intencionadamente por diversos procesos tales como granallado (shot peening), vibración, láser peening, pulido de baja plasticidad (low plasticity burnishing) y autofrettage. Estos procesos endurecen el material. Muchas veces, el objetivo real de inducir tensiones residuales de compresión es equilibrar los efectos perjudiciales de las tensiones de tracción. Uno de los procesos de tratamiento térmico, el recocido de alivio de tensiones, también se puede utilizar para reducir las tensiones residuales de tracción.
La tensión total de un componente es la suma de todas las tensiones de servicio aplicadas y de las tensiones residuales.
Se conocen tres tipos de tensiones residuales diferentes.
Tensiones residuales Tipo-1
Las macro-tensiones residuales se desarrollan en varios granos. Cualquier cambio en el equilibrio de TR de tipo 1 resultará en un cambio en las dimensiones macroscópicas. Cualquier tratamiento o proceso que cause una distribución no homogénea de deformaciones produce tensiones residuales de Tipo 1.
Tensiones residuales Tipo-2
Las microtensiones residuales se desarrollan en un solo grano. Pueden ser de diferentes tamaños en diferentes granos. Especialmente la transformación martensítica produce TR de tipo 2. Durante la transformación, se observa una transformación incompleta de la austenita. El volumen de martensita es mayor que el de la austenita y esta diferencia forma tensiones residuales.
Tensiones residuales Tipo-3
Las sub-micro tensiones residuales se desarrollan dentro de varias distancias atómicas del grano. La formación es causada por defectos cristalinos tales como lagunas, dislocaciones, etc.
La siguiente figura muestra los tres tipos de tensiones residuales en un material de dos fases después de enfriamiento y su superposición [1]

En la vida real, los componentes tienen todos los tipos de tensiones residuales.
Todos los procesos de fabricación crean cierto grado de tensiones residuales. El efecto de estas tensiones podría ser imperceptible o podrían crear grietas. Especialmente los componentes fundidos y soldados bajo ninguna carga externa a temperatura ambiente pueden fallar catastróficamente debido a tensiones residuales como hemos visto en el video anterior.
Las tensiones residuales afectan directamente la vida útil de los componentes. Los fallos y otros problemas causados por tensiones residuales hicieron que las industrias se concentraran en la investigación, el control, la medición y el alivio de las tensiones residuales, por lo que las tensiones residuales se convirtieron en un importante tema de investigación del mundo de la ingeniería actual.
Stresstech Group es una empresa orientada a la investigación con 34 años de experiencia en la ingeniería de tensiones residuales. No dude en ponerse en contacto con nosotros para aprender más sobre las tensiones residuales y sus mediciones.
[1] Theory and Technology of Quenching, B. Liscic, H.M. Tensi, and W. Luty (Eds.), Springer-Verlag, New York, 1992.
[2] Original redactado por Murat Deveci, Area Sales Manager at Stresstech Oy, 2017