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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
