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FRACTOGRAFAY
SU APLICACIN AL ESTUDIO DE LAS ROTURAS EN
SERVICIO(MATERIALES METLICOS)
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CLASIFICACIN DESDE EL PUNTO DE VISTA FUNCIONAL(DE CMO O POR QU
EL ELEMENTO DEJA DE CUMPLIR SU FUNCIN EN EL CONJUNTO)
1.- DEFORMACIN EXCESIVA Deformacin plstica total o parcial por
sobrecarga esttica. Inestabilidad elstica (pandeo). Fluencia.
2.- FRACTURA Total.
Parcial.
3.- MODIFICACIN DE LAS DIMENSIONES INICIALES (DESGASTE)
4.- ALTERACIN DEL ESTADO SUPERFICIAL INICIAL
5.- DEGRADACIN DEL MATERIAL POR AGENTES AMBIENTALES O
CONDICIONES DE FUNCIONAMIENTO
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CLASIFICACIN MIXTA DE LOS FALLOS EN SERVICIO PARA SU ANLISIS
(I)1.- DEFORMACIN PERMANENTE
Deformacin plstica total o parcial por sobrecarga esttica. Falta
de estabilidad (pandeo). Fluencia.
2.- PROCESOS DE CORROSIN (SIN INTERVENCIN DE SOLICITACIN
MECNICA) Corrosin superficial uniforme. Corrosin superficial por
picaduras. Corrosin de contacto por par galvnico. Corrosin
selectiva. Corrosin por clulas galvnicas de concentracin. Corrosin
intercristalina.
3.- DETERIORO SUPERFICIAL DE ORIGEN MECNICO O MIXTO
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CLASIFICACIN MIXTA DE LOS FALLOS EN SERVICIO PARA SU ANLISIS
(II)4.- ROTURA TOTAL O PARCIAL (AGRIETAMIENTO) POR EFECTO DE
SOLICITACIN MECNICA
(PURA O COMBINADA CON OTROS AGENTES)
4.1.- Clasificacin a escala de tamao de grano. Transcristalina.
Intercristalina.
4.2.- Clasificacin a escala real. Dctil por carga esttica. Dctil
plana por carga esttica. Frgil plana por carga esttica. Frgil en
hlice a 45 por carga esttica. Desgarro semifrgil bajo carga
esttica. Frgil, bajo carga esttica, diferida. Fatiga. Fluencia.
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CLASIFICACIN MIXTA DE LOS FALLOS EN SERVICIO PARA SU ANLISIS
(III)
4.1.- CLASIFICACIN A ESCALA DE TAMAO DE GRANO
Transcristalina. Coalescencia de microvacos. Descohesin a lo
largo de planos de deslizamiento. Descohesin. Seudodescohesin.
Desgarro semifrgil. Fatiga.
Intercristalina. Separacin bsicamente mecnica de las caras de
los granos. Separacin de las caras de los granos por efecto mecnico
junto con otro factor.
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CLASIFICACIN MIXTA DE LOS FALLOS EN SERVICIO PARA SU ANLISIS
(IV)4.2.- CLASIFICACIN A ESCALA REAL DCTIL POR CARGA ESTTICA:
De traccin: En copa y cono. Plana con labios. En bisel. En doble
bisel.
De desgarro por traccin. De flexin. Compleja.
DCTIL PLANA POR CARGA ESTTICA: De cizalladura. De torsin. De
desgarro por fuerza cortante.
FRGIL PLANA POR CARGA ESTTICA: Transcristalina:
Descohesin. Seudodescohesin. Mixta.
Intercristalina.
FRGIL EN HLICE A 45 POR CARGA ESTTICA.
DESGARRO SEMIFRGIL BAJO CARGA ESTTICA.
FRGIL, BAJO CARGA ESTTICA, DIFERIDA: Corrosin bajo tensiones.
Enfragilizacin por hidrgeno, metal lquido, irradiacin.
FATIGA: Slo por efecto mecnico. Combinada con corrosin,
temperatura, ludimiento.
FLUENCIA: Rotura por junta triple o roturas en W. Rotura por
desarrollo de cavidades intergranulares o roturas
en R.
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ANLISIS MACROFRACTOGRFICO (I)
El aspecto macromorfolgico de una fractura depende del mecanismo
de rotura, el tipo de solicitacin, la geometra dela pieza, el
material y otras variables. Adems, proporciona informacin
importante acerca de la localizacin del punto opuntos de iniciacin
de la rotura y la direccin de propagacin.
CARACTERES MACROMORFOLGICOS FUNDAMENTALES
1.- MACRODEFORMACIN PLSTICA ASOCIADA A LA ROTURA.2.- PLANOS.3.-
TEXTURA (CRISTALINA, FIBROSA, LEOSA, SUAVE BRILLANTE, SUAVE MATE,
RUGOSA DIRECCIONAL).4.- MARCAS TPICAS (LNEAS RADIALES, LNEAS
CIRCUNFERENCIALES O ELPTICAS, ESTRAS PERIFRICAS).
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ANLISIS MACROFRACTOGRFICO (II)CARACTERES MACROMORFOLGICOS
TPICOS
1. ROTURA DCTIL POR CARGA ESTTICA MACRODEFORMACIN PLSTICA
ASOCIADA A LA ROTURA. PLANO SEGN FORMA Y DIMENSIONES DE LA PIEZA.
TEXTURA FIBROSA Y/O SUAVE BRILLANTE EN PLANOS A 45. AUSENCIA DE
MARCAS TPICAS.
2. ROTURA DCTIL PLANA POR CARGA ESTTICA LIGERA MACRODEFORMACIN
PLSTICA ASOCIADA A LA ROTURA. PLANO PARALELO A LA DIRECCIN DE LOS
ESFUERZOS CORTANTES. TEXTURA SUAVE BRILLANTE. AUSENCIA DE MARCAS
TPICAS.
3. ROTURA FRGIL PLANA POR CARGA ESTTICA AUSENCIA TOTAL DE
MACRODEFORMACIN PLSTICA ASOCIADA A LA ROTURA. PLANO PERPENDICULAR A
LA DIRECCIN DE LOS ESFUERZOS DE TRACCIN. PRESENTA LABIOS DE SALIDA
A 45 EN LA ZONA FINAL DE ROTURA. TEXTURA CRISTALINA O RUGOSA
DIRECCIONAL. AUSENCIA DE MARCAS TPICAS.
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ANLISIS MACROFRACTOGRFICO (III)
CARACTERES MACROMORFOLGICOS TPICOS
4. ROTURA FRGIL EN HLICE A 45 POR CARGA ESTTICA AUSENCIA TOTAL
DE MACRODEFORMACIN PLSTICA ASOCIADA A LA ROTURA. EL RECORRIDO DE LA
ROTURA SE DESARROLLA EN HLICE. LABIOS DE SALIDA A 45 EN LA ZONA
FINAL DE ROTURA. TEXTURA CRISTALINA O RUGOSA DIRECCIONAL. AUSENCIA
DE MARCAS TPICAS.
5. ROTURA DE DESGARRO SEMIFRGIL BAJO CARGA ESTTICA AUSENCIA
TOTAL DE MACRODEFORMACIN PLSTICA ASOCIADA A LA ROTURA. PLANO
PERPENDICULAR A LA DIRECCIN DE LOS ESFUERZOS DE TRACCIN EN LA FASE
DE INICIO,
PASANDO A DESARROLLARSE COMO ROTURA PLANA CON LABIOS Y/O EN
BISEL. TEXTURA FIBROSA EN LAS ZONAS PLANAS, Y SUAVE BRILLANTE EN
LOS BISELES. PRESENCIA DE LNEAS RADIALES DEL TIPO ESPINA DE
PESCADO. AUSENCIA DE LNEAS DE DETENCIN DEL AVANCE DE LA GRIETA.
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ANLISIS MACROFRACTOGRFICO (IV)
CARACTERES MACROMORFOLGICOS TPICOS
6. ROTURA POR ENFRAGILIZACIN POR HIDRGENO AUSENCIA DE
MACRODEFORMACIN PLSTICA ASOCIADA A LA ROTURA. DESARROLLO DE LA
ROTURA EN UN PLANO PERPENDICULAR A LA DIRECCIN DE LOS ESFUERZOS
DE
TRACCIN. GENERALMENTE, TEXTURA DEL TIPO CRISTALINA. AUSENCIA DE
MARCAS TPICAS SOBRE LA SUPERFICIE DE FRACTURA.
7. ROTURA POR CORROSIN BAJO TENSIONES AUSENCIA DE
MACRODEFORMACIN PLSTICA ASOCIADA A LA ROTURA. DESARROLLO DE LA
ROTURA EN UN PLANO PERPENDICULAR A LA DIRECCIN DE LOS ESFUERZOS
DE
TRACCIN. TEXTURA DE TIPO LEOSA. AUSENCIA DE MARCAS TPICAS SOBRE
LA SUPERFICIE DE FRACTURA.
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ANLISIS MACROFRACTOGRFICO (V)
CARACTERES MACROMORFOLGICOS TPICOS
8. ROTURA POR FATIGA AUSENCIA DE MACRODEFORMACIN PLSTICA
ASOCIADA A LA ROTURA. DESARROLLO DE LA ROTURA EN UN PLANO
PERPENDICULAR A LA DIRECCIN DE LOS ESFUERZOS
MXIMOS DE TRACCIN. TEXTURA DEL TIPO SUAVE MATE. TPICAMENTE,
PRESENCIA DE LNEAS ELPTICAS (PLAYAS) DE DETENCIN DE LOS SUCESIVOS
FRENTES DE
AVANCE DE LA GRIETA. NORMALMENTE SUELEN LLEVAR ASOCIADAS LNEAS
RADIALES Y ESTRAS PERIFRICAS INDICATIVAS DE
LA PRESENCIA DE VARIOS ORGENES DE LA ROTURA.
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ANLISIS MICROFRACTOGRFICO (I)Los caracteres microfractogrficos
estn relacionados con el mecanismo de rotura y proporcionan datos
sobre elmodo de aplicacin de la carga y el tipo de solicitacin.
CLASIFICACIN DE LA ROTURA ATENDIENDO A SUS MICROCARACTERES
Transcristalina
Coalescencia de microvacos. Descohesin a lo largo de planos de
deslizamiento. Descohesin. Seudodescohesin. Desgarro semifrgil.
Fatiga.
Intercristalina Separacin bsicamente mecnica de las caras de los
granos:
Con microdeformacin plstica en las caras de los granos (cpulas
y/o espinazos de desgarro). Sin microdeformacin plstica en la cara
de los granos (descohesin). Siguiendo un constituyente
intercristalino.
Separacin de las caras de los granos por efecto mecnico junto
con otro factor: Bsicamente por disolucin de las caras de los
granos. Bsicamente por efecto mecnico. Efecto mecnico y temperatura
elevada.
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ANLISIS MICROFRACTOGRFICO (II)
CARACTERES MICROMORFOLGICOS DE LAS ROTURAS INTERCRISTALINAS
Aspecto general de la superficie de fractura: aspecto de
empedrado.
Caracteres micromorfolgicos en las caras de los granos: Relieve
producido por ataque de las caras. Relieve asociado a la estructura
metalrgica del material. Relieve producido por microdeformacin
plstica durante el proceso de rotura.
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ANLISIS MICROFRACTOGRFICO (III)
CARACTERES MICROMORFOLGICOS DE LAS ROTURAS TRANSCRISTALINAS
Roturas transcristalinas por carga esttica sin apreciacin
general de lmites de grano ni de estructura de redcristalina:
COALESCENCIA DE MICROVACOS CPULAS.
Roturas transcristalinas por carga esttica con apreciacin
general de lmites de grano y con o sin apreciacin deestructura de
red cristalina:
DESCOHESIN PURA FACETAS. SEUDODESCOHESIN FACETAS MENOS
DELIMITADAS, SUPERFICIE MENOS PLANA, CON O SIN
ESCALONES Y ESPINAZOS DE DESGARRO.
Roturas transcristalinas por FATIGA: Red FCC:
PLATAFORMAS PLANAS ESCALONADAS FORMANDO CONJUNTOS EN FORMA DE
ABANICO. ESTRIACIONES DCTILES SOBRE MESETAS.
Red BCC: ESTRIACIONES DCTILES SOBRE MESETAS.
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ANLISIS MICROFRACTOGRFICO (IV)
ROTURAS TRANSCRISTALINAS CON CARACTERES MICROMORFOLGICOS MIXTOS
DESGARRO SEMIFRGIL: SEUDODESCOHESIONES Y/O DESCOHESIONES Y CPULAS.
ZONA FINAL DE PROPAGACIN POR FATIGA: ESTADO III. ROTURAS DE CARCTER
FRGIL DE PROPAGACIN MIXTA TRANS-INTERCRISTALINA. FORMAS MIXTAS EN
PROPAGACIN DE GRIETAS DE FATIGA.
VARIANTES COMO CONSECUENCIA DE LA ESTRUCTURA DEL MATERIAL EN
ROTURAS INTERCRISTALINAS: CONSTITUYENTES INTERCRISTALINOS.
EN ROTURAS TRANSCRISTALINAS: ROTURAS BAJO CARGAS PERPENDICULARES
A LA FIBRA.
CARACTERES NO PRODUCIDOS POR EL MICROMECANISMO DE ROTURA
LUDIMIENTO.
OXIDACIN/CORROSIN.
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MICROMECANISMOS DE ROTURA (I)
1.- ROTURA POR COALESCENCIA DE MICROVACOS (ROTURA EN CPULAS)
Alta absorcin de energa con creacin, durante el proceso, de nueva
superficie por deformacin plstica. Tpico de roturas
transcristalinas macroscpicamente dctiles.
2.- ROTURA POR DESCOHESIN A LO LARGO DE PLANOS DE DESLIZAMIENTO
Dos partes de metal se separan resbalando a lo largo de planos de
deslizamiento por efecto de fuerza cortante. Superficies lisas, sin
relieve o con relieve muy poco acusado.
3.- ROTURA POR DESCOHESIN TRANSCRISTALINA Baja absorcin de
energa, sin macrodeformacin plstica y con muy escasa
microdeformacin plstica. Separacin del material siguiendo familias
de planos cristalogrficos bien definidos, en direccin
perpendicular
a los mismos, bajo los efectos de la componente normal de
esfuerzos de traccin. Red BCC y hexagonal.
Caracteres micromorfolgicos tpicos: facetas planas.
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MICROMECANISMOS DE ROTURA (II)
4.- ROTURA POR SEUDODESCOHESIN TRANSCRISTALINA Mayor absorcin de
energa respecto a la descohesin pura. Tpico en materiales en los
que el micromecanismo de descohesin transcristalina no dispone de
planos
cristalogrficos bien definidos para operar. No se aprecia una
relacin clara entre las facetas y la estructura metalogrfica del
material. Tamao de faceta relacionado con el grano austentico
primitivo y con la estructura de los paquetes de agujas
de martensita. Relieve tpico constituido por crestas o espinazos
dentro de la faceta.
5.- ROTURA POR DESGARRO SEMIFRGIL Propagacin a alta velocidad de
una grieta presente en el seno de la pieza. Mecanismo
autoalimentado: la energa proviene de la energa elstica almacenada
en la pieza. Necesita determinadas condiciones de carga,
temperatura y dimensiones de la pieza o estructura. Relieve formado
por facetas de seudodescohesin o descohesin transcristalina o
incluso intercristalina
(dependiendo del estado del material), embebidas y rodeadas por
una malla continua de cpulas.
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MICROMECANISMOS DE ROTURA (III)
6.- ROTURAS POR FATIGA LCF y HCF: micromecanismo propio
especfico tanto para iniciar una grieta como para propagar la
grieta as
iniciada o ya existente. Fase de iniciacin: estado I. Fases de
propagacin: estados II-a (propagacin asociada a planos
cristalogrficos), II-b (propagacin con
formacin de mesetas con estriaciones) y III (propagacin mixta
asociada a la formacin de mesetas conestriaciones y roturas
parciales por sobrecarga esttica).
7.- ROTURAS POR DESCOHESIN INTERCRISTALINA (ROTURA FRGIL
INTERGRANULAR) Ausencia de microdeformacin plstica en la cara de
los granos, as como cualquier accin qumica sobre ellos.
Consecuencia de fenmenos que producen una reduccin de la fuerza
cohesiva entre las caras de los granos.
8.- ROTURAS DE ENFRAGILIZACIN POR HIDRGENO Carga esttica
mantenida + hidrgeno.
Frecuentemente, rotura intercristalina con separacin de las
caras de los granos por efecto mecnico junto conla intervencin del
hidrgeno.
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MICROMECANISMOS DE ROTURA (IV)
10.- ROTURAS POR CORROSIN BAJO TENSIONES (TENSOCORROSIN)
Material y estado de tratamiento susceptibles (combinacin
material-tratamiento trmico), condiciones
ambientales adecuadas y nivel suficiente de un estado de
tensiones estticas mantenidas.
Influencia de la direccin de las tensiones con la direccin
longitudinal de forja. Condiciones aditivas necesarias en la
prctica en muchos casos:
Prdida local de la proteccin superficial contra la corrosin.
Concentracin de esfuerzos y acumulacin de tensiones residuales
valor umbral KISCC = f (material,tratamiento trmico, direccin de
aplicacin, agresividad del medio).
Propagacin trans/intercristalina = f (material, estado de
tratamiento, acritud, ambiente corrosivo). Caracteres
micromorfolgicos bsicos:
Roturas intercristalina: ataque y disolucin de las aristas y
caras de los granos, con formacin de
productos de corrosin y grietas secundarias.
Roturas transcristalinas: facetas de corte de grano con
apreciacin de espinazos de desgarro y ataque de la
superficie.
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MICROMECANISMOS DE ROTURA (V)
11.- ROTURAS POR FLUENCIA Formacin y crecimiento de cavidades
intergranulares bajo la accin de deslizamientos en lmites de grano
y
rotura final por coalescencia de estas cavidades, a elevada
temperatura (T > 0,5TM): CAVIDADES TIPO W: esfuerzos altos y
temperaturas bajas. CAVIDADES TIPO R: esfuerzos ms bajos y
temperaturas ms altas.
Caracteres macromorfolgicos no bien definidos. Ausencia de
macrodeformacin plstica asociada a la rotura. Caracteres
micromorfolgicos ms fcilmente observables en corte transversal a la
superficie de fractura.
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FIN DE LA PRESENTACIN
