TIPOS DE CARGA Y LA FRACTURA FRGIL

Las cargas son de tres tipos:1. Las carga por impacto 2. Sobrecarga 3. Carga cclicaLas fracturas tambin pueden clasificarse en:1. Frgiles, 2. Dctiles, 3. Por fatigaLas cargas por impacto y las sobrecargas producen fracturas rpidas, frgiles odctiles, con una superficie de ruptura spera, que por lo general es resultante y nocausante de la falla. Las cargas cclicas producen fisuras lentas, por fatiga, consuperficie de ruptura lisa, que se inician en los concentradores de esfuerzos y seasocian generalmente con las causas de la falla. Cuando decimos que las fracturasson frgiles o dctiles no nos estamos refiriendo a las propiedades de losmateriales; son trminos establecidos por el uso, pero que no tienen nada que vercon el tipo de material.

Las cargas por impacto se deben al uso inadecuado de los equipos o a la fallade un componente que choca sbitamente con la pieza. Eso produce cargasextremadamente altas que se aplican casi en forma instantnea en lugares nodiseados originariamente para recibirlas. La fractura puede ser frgil o dctil,dependiendo de la dureza de la pieza, la temperatura, el ndice de carga, etc.Volveremos sobre esto dentro de unos minutos. Por ejemplo, la carga por impacto seproduce cuando un pistn se atasca y se rompe. La biela golpea la camisa y el bloquey crea cargas por impacto muy grandes que la pieza no puede tolerar.Por lo general, las sobrecargas son cargas adicionales que se deben al usoinadecuado de los equipos, a un mal funcionamiento del sistema o a una falla enalguno de los componentes. Por ejemplo, si un perno de biela se rompe, el otro tieneque sustentar toda la carga, sobrecargndose y produciendo un estiramiento, conrotura final. Aqu tambin la fractura puede ser frgil o dctil. Las fisuras porsobrecarga tardan ms tiempo en producirse que las provenientes de los impactos.

Por lo general, las cargas cclicas no producen ninguna fractura si se mantienendentro del lmite establecido o si no hay concentradores anormales de esfuerzoscomo radios de rosca muy pequeos, fallas serias de los materiales o grietas creadaspor los procesos. En esas condiciones, las cargas cclicas pueden iniciar grietas porfatiga despus de muchos ciclos. Con frecuencia se requieren cientos de miles omillones de cargas cclicas para producir fracturas por fatiga. Por eso se las denominagrietas lentas.

Tal como se mencion, las cargas por impacto y las sobrecargas pueden causarfracturas frgiles o dctiles. Este cuadro muestra que las frgiles ocurren por logeneral en los materiales duros y las dctiles en los blandos. Las frgiles se producencon mas frecuencia cuando baja la temperatura. Si la concentracin de esfuerzos esmnima o inexistente, es ms probable que se produzca una fractura dctil. Concargas excesivas, tpicas de los impactos o choques, por lo general se dan fracturasfrgiles. Hay otros factores que influyen en el tipo de roturas, pero estos son los mscomunes y lo que se afirma sobre ellos son generalizaciones; recordemos, sinembargo, que siempre existen excepciones.

La superficie de ruptura debe limpiarse bien antes del anlisis, para poderdeterminar claramente las caractersticas de la fractura. Tendramos que evitarmtodos abrasivos o corrosivos de limpieza porque pueden eliminar las claves quebuscamos. Los solventes como el Stanisol y el Fren sacaran el aceite y losdeshechos sin daar la superficie de ruptura.Despus de secar la fractura con aire, se la debe estudiar utilizando una lupa y buenailuminacin. Para ver mejor la superficie tridimensional, conviene hacer rotar lafractura a la luz y cambiar de posicin las sombras.Despus de terminado el anlisis, debemos proteger las superficies de ruptura conaceite, grasa o cualquier anticorrosivo similar, para que no se deterioren. Si la piezarota necesita enviarse a otro lugar, hay que empaquetarla bien para que no se rompadurante el transporte.

Las fracturas frgiles se consideran resultados, no causas, y se desarrollan muyrpidamente (se quiebran en una fraccin de segundo), son cristalinas (se quiebran alo largo de los contornos o a travs del grano sin cambiarle la forma), son speras altacto y tienen escasas deformaciones plsticas (si juntamos las dos partes, la piezatendr el aspecto original).Si una fractura frgil se produce en materiales labrados, al hacerla rotar a la luz, lasuperficie brillar y centellear, como los diamantes. Los metales ms blandostienden a formar chevrones cuyos vrtices indican el punto de iniciacin. Losmateriales ms duros rara vez forman chevrones.Si una fractura frgil se produce en materiales fundidos, la superficie es opaca yoscura. Casi nunca tienen chevrones y, por eso, es extremadamente difcil determinarel punto de iniciacin.

Esta pieza de fundicin recibi un golpe y se rompi (carga por impacto yfractura frgil). La superficie de ruptura es spera, cristalina y no tiene chevrons queindiquen donde empez la grieta.

Esta pieza de acero labrado tambin recibi un golpe y se rompi (carga porimpacto y fractura frgil). Noten que los chevrones son visibles e indican el punto deiniciacin. La superficie de ruptura es spera, brillante y centelleante.

Las fracturas frgiles crecen entre las caras de las clulas produciendo unahendidura dentro de los granos o a lo largo de sus contornos. Cuando la grieta harecorrido un grano, atraviesa el contorno y comienza a hundirse en el grano siguiente.Esto se realiza muy rpidamente hasta que el metal se rompe. Dado que las carasde las clulas se distinguen muy bien, no se produce una deformacin plstica (lasdos partes de la pieza rota encajarn y la pieza tendr la apariencia original, exceptoque est agrietada) y la superficie de ruptura tiene granos paralelos a la cara(cristales), que reflejan la luz, produciendo el centelleo mencionado.

Usemos una baraja para ilustrar este tipo de fractura. Sabemos por experienciaque las barajas tienen muchos naipes o cartas. Los metales se asemejan a lasbarajas porque estn compuestos de granos o cristales y cada uno de ellos, como lascartas de una baraja, contiene miles de capas de clulas bien organizadas.

Cuando cortamos los naipes, tal como se ve en esta figura, tenemos unaseparacin entre las caras de las cartas. Cuando golpeamos una pieza de metalviolentamente, es posible que las capas de clulas dentro del grano se separen de lamisma manera. Si juntamos las dos partes de una fractura frgil, la pieza tendr elaspecto original, excepto donde se ha roto.

Aqu tenemos una vista aumentada de una fractura de pistn. Rara vez seencuentran chevrons en las fracturas frgiles de metales fundidos, pero en este casos las hay y se extienden hacia arriba, partiendo del agujero para el pasador. Esaschevrons nos indican que el pistn se rompi con una carga por impacto y que lagrieta empez en la cara del agujero.

Este es un diente de engranaje de mando final de un Da. El tractor setransportaba en un remolque de plataforma baja, cuando ocurri un accidente y eltractor cay al fondo de una barranca rocosa. La carga por impacto produjo unafractura frgil en la raz del fondo del diente con chevrones hacia la raz del dienteopuesto. La seccin cementada no form chevrones en el punto de iniciacin de lagrieta.

Este engranaje de motor se rompi a los seis meses de haberse entregado. Elrepresentante pens que el perno central de retencin haba sido sobreapretado en lafbrica y que a eso se deba la grieta, o que el engranaje no era lo suficientementeresistente para tolerar las cargas normales.

Al agrandarlos e iluminarlos mejor, los detalles se hacen ms visibles. Qu tipode fractura se produjo? Dnde comenz la fractura? Cmo es posible saber queempez all?