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.
El modo de fractura es intergranular y el aspecto macroscópico es terso El modo de fractura es transgranular y el aspecto macroscópico es cristalizado Aspecto microscópico de las fracturas dúctil y frágil
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