Simulación Numérica, Modelización, Caracterización Mecánica y Optimización Microestructural de Componentes Industriales

Ensayo small punch (SPT)

Las propiedades mecánicas son un factor clave a la hora de asegurar el correcto funcionamiento y la seguridad de un componente industrial. Estas propiedades dependen del material, del proceso de fabricación, del entorno... y para obtenerlas se necesita una cantidad grande de material para mecanizar probetas estándar. En muchas ocasiones esto resulta imposible, bien porque el elemento estructural a analizar sea muy pequeño (zona afectada térmicamente de una unión soldada, pequeño engranaje, etc.) o bien porque queramos analizar el grado de deterioro de un componente en servicio sin afectar su funcionamiento. Todo esto resulta posible mediante el ensayo miniatura Small Punch, que permite estimar tanto las propiedades mecánicas a tracción como a fractura. En la actualidad, estamos investigando también la capacidad del ensayo para detectar el nivel de deterioro producido en los aceros mediante el fenómeno de fragilización por hidrógeno.

Simulación numérica por elementos finitos

Simulación numérica mediante software avanzado de elementos finitos de componentes industriales en servicio y problemas de integridad estructural. Modelización precisa del daño en materiales metálicos. Análisis de la propagación de grietas mediante modelos de fisura cohesiva y/o elementos finitos extendidos (X-FEM). Modelización numérica del agrietamiento asistido por el medio ambiente. Estudio de problemas de fractura en materiales funcionalmente graduados (FGMs). Desarrollo e implementación numérica de teorias de gradientes de deformación plástica y otros modelos avanzados de material.

Shot Peening

El shot peening es un tratamiento superficial en frío ampliamente utilizado en la industria automovilística y aeroespacial para incrementar la vida a fatiga de componentes metálicos, como pueden ser engranajes, ejes o muelles. Consiste en disparar a gran velocidad proyectiles esféricos de elevada dureza y pequeño diámetro (Ø≤1mm) contra la superficie del material a tratar. Cada impacto genera una pequeña deformación plástica en la superficie de la pieza que, además de modificar el acabado superficial, induce cierto endurecimiento y crea un campo de tensiones residuales de compresión.

La adecuada combinación de estos efectos, además de provocar una importante mejora del comportamiento a fatiga al dificultar el crecimiento de las grietas, aumenta la resistencia al desgaste, permite obtener la topografía superficial adecuada para fines biológicos y crear nanopartículas en las capas más superficiales, todo ello de una manera rápida y económica.

Integridad estructural

El grupo SIMUMECAMAT se ha especializado en analizar la integridad estructural de cualquier componente o estructura bajo las solicitaciones de servicio, con objeto de asegurar un funcionamiento seguro durante toda su vida útil. Para ello se ha desarrollado una completa metodología que va desde la selección del material y del tratamiento más apropiados, el análisis tensional (utilizando elementos finitos si fuera necesario) y los coeficientes de seguridad ante los posibles modos de fallo, todo ello de acuerdo con la normativa vigente en cada caso.

Tratamientos térmicos

Los tratamientos térmicos son una etapa imprescindible durante la fabricación de herramientas y componentes industriales. Conocer los parámetros y secuencias adecuadas, dentro de las diversas posibilidades, permite optimizar la vida en servicio de estos, con el consiguiente ahorro económico.

El estudio de los tratamientos térmicos es una de las líneas de investigación con más proyección de SIMUMECAMAT. Combinando la caracterización mecánica con diversas técnicas de análisis microestructural (microscopías óptica, electrónica de barrido (SEM) y electrónica de barrido de alta resolución (FEG-SEM)), es posible determinar aquellos tratamientos térmicos, tanto globales como superficiales, que aseguren una adecuada vida en servicio de los diversos elementos industriales.

Análisis de fallo

El análisis de las causas de fallo de cualquier componente industrial ante cargas mecánicas, térmicas, oxidación, corrosión, desgaste, etc., y ante la combinación de todas estas acciones, constituye una de las líneas de investigación activas del grupo SIMUMECAMAT . Para ello se analizan en detalle las solicitaciones que actúan sobre el componente en cuestión, el estado del material (proceso de conformado, tratamiento térmico, soldadura, etc.), la determinación de las causas del fallo, la propuesta de soluciones para que el fallo no vuelva a repetirse y las acciones a emprender para que el servicio del componente sea en adelante seguro.

Tensiones residuales

La cuantificación precisa del estado tensional en componentes industriales es fundamental para garantizar la integridad y durabilidad de los mismos. Para ello se emplea un difractómetro portátil de rayos X "XStress 3000 G3R", convenientemente equipado para realizar mediciones en todo tipo de aceros, además de en aluminio, titanio, nickel, cobre, tungsteno o en superaleaciones (inconel, incoloy,…). Es posible construir perfiles de tensiones residuales que explican claramente la evolución que éstas sufren con la profundidad recurriendo a técnicas de pulido electrolítico, que consiguen eliminar finas capas de material sin alterar el estado tensional presente en la pieza.

Este equipo no sólo permite realizar un análisis tensional, sino que también puede evaluar la distorsión cristalina (endurecimiento) del material y determinar el porcentaje de austenita retenida de la pieza en cuestión. Cabe destacar el carácter portátil del equipo, que los ensayos de difracción son no destructivos y que la calidad de los mismos, a pesar de durar sólo unos minutos, es muy elevada.