La fluencia o creep que presentan ciertos metales y materiales poliméricos, es una falla característica que suele presentarse alterando nuestro producto final. ¿Cómo podemos medir y controlar este tipo de falla?

Cuando hablamos de creep o fluencia de un material solido nos referimos a la tendencia de este a moverse lentamente o deformarse permanentemente bajo tensiones constantes, al momento de realizar un creep test podemos observar una curva que representa el proceso de deformación, como una función del tiempo en un material sometido a una tensión constante, esta curva nos mostrará tres fases o periodos de un comportamiento, como podemos ver en la figura 1 como ejemplo.

Figura 1. Periodos de comportamiento

Estos tres periodos de comportamiento se describen como:

• Etapa de fluencia primaria también conocida como fluencia transitoria, es la etapa de inicio durante el cual el endurecimiento del material conduce a una disminución en la tasa de flujo inicialmente alta. (Soria, 2005)
• Etapa de fluencia secundaria también conocida como estado estacionario, es donde la velocidad de deformación es constante (Soria, 2005)
• Etapa de fluencia terciaria, en esta etapa podemos observar un aumento de velocidad de tensión a la velocidad de fractura, es decir, el momento en el que la muestra sufre una cierta deformación en su estructura. (Soria, 2005)

Como sabemos esta deformación es considerado una falla del material, normalmente resulta debido a una exposición prolongada de alta presión que se encuentra por debajo de la fuerza límite del material.

Podemos medirlo mediante una tasa de fluencia, una función de las propiedades de materiales, tiempo de exposición, temperatura y carga aplicada. Estas propiedades son de preocupación dentro de varias áreas, como lo son metalurgia, materiales cerámicos, plásticos, polímeros viscoelásticos, incluso en la industria farmacéutica y alimentaria (materiales biológicos).

La mejor técnica para medir la tasa de fluencia es mediante la reometría, debido a que la fluencia es una de las primeras pruebas de reómetro de "tensión controlada" que literalmente "arrastra" el material, es decir, medimos durante un período relativamente prolongado el pequeño movimiento de la muestra aplicando una pequeña constante estrés.

El beneficio de este tipo de medición es que incluso con una pequeña tensión aplicada, la deformación resultante (J), típicamente pequeña, se vuelve significativa con el tiempo.

Figura 2. Periodos de comportamiento mediante reómetros de siguiente generación

Desde un punto de vista reológico es que esto también empieza a indicar las propiedades “viscoelásticas” del material ya que se resuelven con el tiempo en las siguientes regiones:

• G1, es la respuesta "elástica" rápida inicial donde la estructura elástica se estira
• G2 / η1 es ahora la respuesta "viscoelástica" que todavía tiene una tensión elástica rápida, pero se ralentizó un poco con la respuesta viscosa más lenta.
• η2 es ahora la región "viscosa", donde toda la estructura elástica (JE) se ha estirado y nos queda un flujo viscoso puro

Como tal, los reómetros rotacionales de primera generación a menudo usaban pruebas de fluencia como una forma de medición de viscosidad de "alta resolución" para garantizar que cada punto de datos de una curva de flujo estuviera en "estado estable", es decir, flujo viscoso puro.

Ahora bien, ¿Qué pasa con los reómetros de nueva generación?

Los reómetros de nueva generación como el Kinexus de NETZSCH tienen "datos en vivo" para cada punto de datos en una curva de flujo, el estado estable también se puede verificar sin usar una prueba de fluencia específica.

Por lo tanto, la fluencia ahora tiende a usarse para pruebas más especializadas, como observar los efectos prolongados de pequeñas tensiones aplicadas (por ejemplo, la gravedad) en un material, o imitar procesos aplicados como la prueba para muestras de betún / asfalto.

Te invito a conocer más sobre los reómetros de nueva generación mediante el siguiente seminario.

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Referencias:

 

NETZSCH. (2021, 12 junio). Creep (Rheology). NETZSCH Analyzing & Testing. https://www.netzsch-thermal-analysis.com/en/contract-testing/glossary/creep-rheology/

Soria, F. (2005). Revision y Determinacion experimentales de parámetros reológicos en alimentos