Análisis de fallas

Conceptos Básicos

M. En C. Christian Martínez G.

Conceptos Básicos

Se le llama fractura a la falla mecánica de un componente ingenieril que involucra perdida de la continuidad bajo condiciones de esfuerzo.

El análisis de estas fallas es de vital importancia en el quehacer del ingeniero mecánico.

Conceptos Básicos

Fractura dúctil

Los materiales que soportan una gran

deformación plástica antes de fracturarse

son dúctiles

Fractura frágil

Los materiales que se fracturan sin

deformación plástica son frágiles

Estos terminos son relativos: se puede hablar

de un porcentaje de ductilidad y fragilidad

Conocimientos previos

Mecanismos de endurecimiento

Defectos puntuales (solución sólida)

Defectos lineales (trabajo en frio)

Defectos planares (refinamiento de grano)

Defectos de volumen (precipitación)

Los mecanismos de endurecimiento restringen

el movimiento de las dislocaciones y por lo

tanto la deformación plástica

Características de fractura

La fractura dúctil por lo general inicia en

heterogeneidades (p.e. Inclusiones) y es

precedida por una gran cantidad de deformación

plástica localizada (encuellamiento); se presenta

el aspecto de “copa y cono”

Características de fractura

La fractura frágil se caracteriza por la

ausencia de deformación plástica y por lo

general se inicia en microgrietas.

Aspecto microscópico de las

fracturas dúctil y frágil

El modo de fractura es

intergranular y el

aspecto macroscópico

es “terso”

El modo de fractura es

transgranular y el

aspecto macroscópico

es “cristalizado”

Hechos importantes

La deformación plástica es un

mecanismo de absorción de energía de

gran importancia en el modo de fractura

La tenacidad calculada como el área

bajo la curva vs no es adecuada

para los componentes ingenieriles (velocidad de aplicación de carga y concentradores

de esfuerzo)

Ensayos pertinentes

Dureza: es una medida de la resistencia

de un material a la deformación plástica (comportamiento elasto-plástico)

Ventajas: es esencialmente no destructivo,

permite pronosticar propiedades como

RUT, RAf y RF, puede ser empleado como

control

Desventajas: su correcta interpretación

requiere de conocimientos de CM (relación

propiedades-procesamiento-microestructura)

Ensayos pertinentes

Impacto: es un ensayo que toma en cuenta los concentradores de esfuerzo y altas velocidades de aplicación de la carga

Ventajas: proporciona elementos de diseño mas confiables para componentes ingenieriles

Desventajas: es un ensayo destructivo y la interpretación de los datos no es representativa de las condiciones de servicio (cualitativo)

Hechos importantes

La relación Dureza vs. Propiedades Mecánicas debe ser considerada predictiva; no sustituye a los ensayos mecánicos.

Hechos importantes

Las aleaciones ingenieriles con estructura

cúbica centrada en el cuerpo presentan un

fenomeno llamado transición dúctil-frágil

Hechos importantes

La temperatura de transición Dúctil-Frágil es un parámetro importante en la selección de materiales.

Hechos importantes

El contenido de C en los aceros afecta el comportamiento Dúctil-Frágil (aceros “simples”)

Hechos importantes

Los elementos de aleación afectan el

comportamiento Dúctil-Frágil (%C=0.05)

Hechos importantes

El porcentaje de ductilidad en una fractura se calcula en base al área transversal observada en la prueba de impacto.

Epílogo

La fragilidad en los componentes

ingenieriles debido a la presencia de

concentradores de esfuerzos y cargas

dinámicas se describe a través de la

mecánica de fractura, la cual cuenta

con dos teorías principales:

Teoría de Griffith-Orowan

Teoría Moderna

Bibliografía

J. Schaffer, A. Saxena, Ciencia y diseño de materiales para ingenieria, CECSA, 1a. Ed., México 2000

D. Askeland, P. Phulé, Ciencia e ingeniería de los Materiales, Thomson, 4ª Ed., México, 2004

W. Smith, J. Hashemi, Fundamentos de la ciencia e ingeniería de materiales, McGraw Hill, 4ª Ed. México, 2006