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FRACTURA EN MATERIALES

El 12 de abril de 1912, a las 11:40 p.m., el Titanic en su viaje inaugural se impactó contra un gran iceberg, dañando su casco y causando que seis de los compartimientos de proa se rompieran. La temperatura del agua del mar a la hora del accidente era de −2°C. La posterior inundación de los compartimientos tuvo por resultado la fractura completa del casco y la trágica pérdida de más de 1500 vidas.


La falla se puede definir como la incapacidad de un material o componente de 1) realizar la función prevista, 2) cumplir los criterios de desempeño aunque pueda seguir funcionando, o 3) tener un desempeño seguro y confiable incluso después de deteriorarse. El rendimiento, desgaste, la torcedura (inestabilidad elástica), la corrosión y la fractura son ejemplos de situaciones en las que ha fallado un componente. La fractura es la separación de un sólido en dos o más piezas bajo la acción de una fuerza. La fractura dúctil de un metal tiene lugar

después de una deformación plástica intensa y se caracteriza por la lenta propagación de la fisura. La fractura frágil, en contraste, se produce usualmente a lo largo de planos cristalográficos característicos, denominados planos de exfoliación y presenta una rápida propagación de la fisura.


Fractura Dúctil

Fractura dúctil (copa y cono) de una aleación de aluminio Etapas en la formación de una fractura dúctil de copa y cono.


Fractura Dúctil

Agrietamiento interno de la región de estricción de una probeta de cobre policristalino de alta pureza (Ampliación de 9×).

Falla en flecha de eje por mala selección de material


Fractura Frágil

Fractura frágil de una aleación metálica que muestra surcos radiales que emanan del centro del espécimen.

En muchos casos, las fracturas frágiles ocurren debido a la existencia de defectos en el metal. Estos defectos se forman durante la etapa de fabricación o aparecen durante el desempeño.

Una abrazadera fabricada con acero 4335 con falla frágil debido a la existencia de un borde filoso.


Temperatura de transición de dúctil a frágil En determinadas condiciones se observa un cambio marcado en la resistencia a la fractura de algunos metales que están en uso, esto es, la transición de dúctil a frágil. Estructura cúbica centrada en el cuerpo (BCC)

Estructura cúbica centrada en las caras (FCC)


Estructura cúbica centrada en el cuerpo (BCC) Formada por un átomo del metal en cada uno de los vértices de un cubo y un átomo en el centro. Los metales que cristalizan en esta estructura son: hierro alfa, titanio, tungsteno, molibdeno, niobio, vanadio, cromo, circonio, talio, sodio y potasio. Cada átomo de la estructura, está rodeado por ocho átomos adyacentes y los átomos de los vértices están en contacto según las diagonales del cubo Estructura cúbica centrada en las caras (FCC) Está constituida por un átomo en cada vértice y un átomo en cada cara del cubo. Los metales que cristalizan en esta estructura son: hierro gama, cobre, plata, platino, oro, plomo y níquel. Cada átomo está rodeado por doce átomos adyacentes y los átomos de las caras están en contacto.


Efecto del contenido de carbono en las gráficas de energía de impactotemperatura para varios aceros recocidos.


La fractura de un metal (material) se inicia en el punto en que la concentración de esfuerzos es la más elevada, como puede ocurrir, por ejemplo, en el vértice de una fisura.

Se ha encontrado que la intensidad del esfuerzo en el vértice de la fisura depende del esfuerzo aplicado y de la amplitud de la fisura. El factor intensidad-esfuerzo K I se utiliza para expresar la combinación de los efectos del esfuerzo en el vértice de la fisura y la longitud de la misma.


Modos de deformación: el modo I es por tensión; los modos II y III son por cortante

El valor crítico del factor de intensidad-esfuerzos que causa la falla de la placa se denomina resistencia a la fractura K IC del material. En el caso de un esfuerzo de fractura σ f y un tamaño de fisura a para una fisura en el borde (o la mitad de la longitud para una fisura interna):



Los materiales que muestran una pequeña deformación plástica antes de fracturarse tienen relativamente bajos valores de K IC y tienden a ser más frágiles, mientras que aquellos que presentan elevados valores de K IC son más dúctiles.

PROBLEMA El componente de una placa que forma parte de un diseño de ingeniería debe soportar un esfuerzo de tensión de 207 MPa (30 kpsi). Si se utiliza la aleación del aluminio 2024-T851 para esta aplicación, ¿cuál es el máximo tamaño de la fisura interna que puede soportar este material? (Utilice Y = 1).


PROBLEMA Determine la longitud de fisura crítica (mm) para una fisura contenida en una placa de aleación de aluminio 2024-T6 que tiene una K IC = 23.5 MPa m y está sometida a un esfuerzo de 300 MPa. Considere Y = 1. PROBLEMA

Determine la longitud de fisura para una fisura contenida en una placa de aleación de aluminio 7075-T751 sometida a una tensión uniaxial. Para esta aleación K IC = 22.0 kpsi plg y σ f = 82.0 kpsi Considere que Y = π . PROBLEMA ¿Cuál es el tamaño máximo (mm) de una fisura interna contenida en una placa de aleación de aluminio 7075-T651 que puede soportar una esfuerzo de a) las tres cuartas partes del esfuerzo de fluencia y b) la mitad del esfuerzo de fluencia? Considere Y = 1.


Placa con grieta transversal centrada sometida a carga de tensión longitudinal


Grieta transversal excéntrica en una placa cargada por tensión longitudinal. Las curvas de trazo continuo corresponden al extremo A de la grieta y las de trazo interrumpido al extremo B


Placa cargada a tensión longitudinal con grieta transversal en el borde. En el caso de la curva continua no se tienen restricciones a la flexión. La discontinua se obtuvo incluyendo tales restricciones.


ANALISIS DE FALLAS DE MATERIALES



















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