fluencia en frío

La fluencia en frío es la deformación lenta e irreversible de un material bajo tensión constante a temperatura ambiente o moderadamente elevada, sin que el material alcance su punto de fusión ni se acerque a él. A diferencia de la fluencia a alta temperatura, que es impulsada por la difusión atómica y el deslizamiento de los límites de grano, la fluencia en frío ocurre a través de mecanismos como el movimiento de dislocaciones, la transformación de fase inducida por el estrés o, en polímeros, la relajación de la cadena molecular. El material cede plásticamente con el tiempo, aunque la tensión aplicada puede estar muy por debajo de la resistencia a la fluencia convencional.

En los polímeros, la fluencia en frío es la principal preocupación. Los plásticos, elastómeros y compuestos exhiben una deformación dependiente del tiempo bajo carga a temperatura ambiente. Una tubería de polietileno bajo presión interna sostenida se expandirá gradualmente en diámetro; un soporte de lente de policarbonato se hundirá bajo su propio peso durante meses o años; las juntas de silicona se comprimirán y perderán fuerza de sellado. La velocidad depende del tipo de polímero, la cristalinidad, la temperatura, el nivel de tensión y la humedad. Las resinas de poliéster fluyen más rápido que las epoxis; los materiales amorfos fluyen más que los semicristalinos.

Metales y aleaciones no ferrosos

Los metales y aleaciones de bajo punto de fusión experimentan fluencia en frío a temperatura ambiente. El plomo, el estaño y sus aleaciones son infractores notorios. Una unión de soldadura de plomo bajo vibración mecánica o ciclos térmicos se deformará plásticamente con el tiempo. Las aleaciones de aluminio, particularmente las utilizadas en aplicaciones aeroespaciales, pueden fluir notablemente a temperaturas modestas si la tensión es lo suficientemente alta. El efecto empeora a medida que aumenta la temperatura, pero sigue siendo significativo en condiciones ambientales para materiales susceptibles. El cobre recocido fluirá bajo tensión sostenida; el cobre endurecido por deformación lo resiste mejor.

La fluencia en frío se vuelve problemática en aplicaciones donde la estabilidad dimensional o la integridad estructural deben mantenerse. Los casquillos de cojinete hechos de bronce o aluminio se desgastarán en elipses bajo carga. Los bloques de medición de precisión o los bloques patrón se desviarán de la tolerancia durante décadas si la carga es constante. Los sellos y las juntas pierden efectividad a medida que el material se comprime. En electrónica, pueden formarse y crecer "bigotes" de estaño durante años debido al alivio de tensión en los recubrimientos de estaño puro. La selección de materiales y las estrategias de pretensado (como la aplicación de compresión inicial) pueden mitigar el problema.

El término "frío" es relativo: simplemente significa que el proceso ocurre sin calentamiento externo y sin acercarse a la temperatura de fusión del material. En entornos industriales, la fluencia en frío a menudo se estudia mediante pruebas de fluencia por tracción realizadas a tensión fija y temperatura ambiente durante días o semanas, con mediciones periódicas del cambio dimensional. Es distinto de la relajación de tensión, en la que la tensión disminuye bajo deformación constante. Ambos fenómenos son importantes en aplicaciones de servicio prolongado, como juntas, sellos, sujetadores y componentes poliméricos que soportan carga.