Medición del desgaste de los metales
En 1966, el predecesor del 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 la ruptura de aceros y aleaciones resistentes al calor en 100.000 horas (unos 11,4 años) a altas temperaturas. Estos datos de 'resistencia a la ruptura por fluencia' se necesitaban inicialmente para determinar las tensiones permitidas a las que podían estar expuestos los metales en las centrales eléctricas. Pero más recientemente, estos datos se han utilizado para evaluar cuánto tiempo tienen las piezas de las centrales eléctricas antes de que empiecen a desgastarse.
Poco más de una década después, en 1978, el NIMS también comenzó a ensamblar lo que se ha convertido en una enorme base de datos de las propiedades de fatiga de los materiales estructurales utilizados en numerosas industrias, incluyendo automóviles y aviones. La fatiga describe cómo las grietas se propagan en un metal con el tiempo. Las pruebas de fatiga implican colocar una muestra de metal bajo cargas repetitivas, llamadas ciclos, para ver cuánto tiempo tarda una grieta en desarrollarse y propagarse. Estas pruebas se realizan a temperatura ambiente y a altas temperaturas. Las muestras se exponen a un número relativamente pequeño de ciclos (en el rango de 10 millones de ciclos) o hasta 10.000 millones de ciclos, que duran 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 necesitan elegir el tipo de método de análisis para los datos de ruptura de fluencia según el tipo de material. La forma en que se produce la fluencia en los materiales durante las pruebas no sólo depende de la cantidad de tensión aplicada, sino también de las condiciones de temperatura. Los investigadores han descubierto que los materiales reaccionan de forma diferente a la variación de la temperatura dependiendo de su composición química, de las cantidades de elementos menores que contienen y del tamaño del grano del cristal. Se descubrió que los aceros ferríticos resistentes al calor, que se utilizan comúnmente en las centrales térmicas, tienen una resistencia al deslizamiento inherente a muy largo plazo. Pero esta fuerza de arrastre depende de la cantidad de solutos menores presentes en el acero.
Los límites de la fatiga, por otra parte, se ven afectados por la resistencia a la tracción y la dureza del metal. Curiosamente, los científicos del NIMS han encontrado que algunos metales pueden durar un tiempo increíblemente largo sin formar grietas, siempre y cuando estén constantemente expuestos a temperaturas ambiente. Estos mismos metales, sin embargo, eventualmente formarían grietas si se exponen a la misma tensión pero a alta temperatura.
Hasta ahora, las hojas de datos de fluencia y fatiga desarrolladas en el NIMS se han utilizado principalmente para fines industriales. La institución está ahora tratando de mejorar la accesibilidad para que los datos también puedan ser utilizados por los académicos.
