Tipos de Fractura

TIPOS DE FRACTURAS DE ELEMENTOS METÁLICOS (FRACTOGRAFÍA) FRACTURAS SÚBITAS FRÁGILES

MIXTA DÚCTIL - FRÁGIL

La pieza en la zona de fractura no muestra deformación plástica a gran escala. La superficie de grieta es de aspecto granular Origen

a t s i V e l p m i S

Marcas Radiales en Patrón de Chevron

Marcas de Rio

La superficie de grieta tiene una zona granular y otra de desgarre

Origen

r

a

la o

n Z

Zona de Desgarre o t n e i m i c e r C

a r G

s s e a l c a r i a d a M R

Marcas Radiales

Origen

u n

DÚCTILES La pieza en la zona de fractura muestra deformación plástica a gran escala. La superficie de grieta presenta una zona fibrosa y otra de desgarre

Zona Fibrosa

Zona de Desgarre

Zona de Desgarre

Crecimiento Zona Fibrosa

o c i t p Ó o X i p 0 o 9 c a s 7 o e r e t s E

Se observa observa combinación combin ación de rasgos rasgos granul ranulares ares y de tipo tipo f ibrosos ibrosos en la zona granul granular ar

Se observa con mayor claridad la textura granular

Zona de Desgarre

Se observa una superficie barrida en la dirección del desgarre. Pueden llegarse a notar microvacíos

Se nota elevada rugosidad y pequeñas cavidades en la superficie de fractura (Microvacíos)

*Ver r asgos asgos de zon zona a de desgar re en re en fracturas fracturas dúctiles

Zona de Desgarre

a r u t c a r B F E e M d a c s i o n c ó X i r 0 p t 0 ó c 0 e 0 c l s E 2 Marcas de Rio o r a a c í 0 i p 5 Son marcas M o radiales que s c se asemejan al o s o cauce de un rio m r (la dirección de c s i i crecimiento de n M grieta sigue el a c mismo sentido e que el de un rio M hacia le mar)

Por el tipo de esfuerzo que produce la fractura (cortante), los microvaciosquedan orientados en la dirección del desgarre

Microvacíos Zona Fibrosa

Fractura Intergranular y Formación de Microvacíos en Algunas Zonas

FracturaIntergranular

Partículas de Segunda Fase

Fractura por Formación de Microvacíos

Crecimiento Microvacíos

Fractura Transgranular (Clivaje)

Fractura Transgranular y Formación de Microvacíos en Algunas Zonas

Fractura Inter o Transgranular ar y Formación de Microvacíos (Mezclados en Proporciones Similares)

La zona de desgarre se forma por microvacios, sin embargo, estos son aplastados si las dos superficies desgarradas se deslizan bajo presión una sobre la otra, generando una superficie relativamente lisa

Fractura por Formación de Microvacíos

Fractura con Deformación Superficial

*Ver r asgos *Ver asgos de zon zona a de desgar desgar re re en fractura fracturas s dúctiles

FRACTURAS PROGRESIVAS BAJO LA ACCIÓN DE CICLOS DE CARGA (FATIGA)


POR FLUENCIA LENTA

Se tiene una zona de crecimiento de grieta en servicio (poco rugosa para Deformación de la pieza a alta alto ciclaje y rugosa en bajo ciclaje) y otra de fractura súbita final. temperatura con agrietamiento múltiple de aspecto granular. Bajo Ciclaje Alto Ciclaje Origenes Origen Crecimiento

Marcas de Playa


Marca Rache Origenes

Marcas de Playa

POR CORROSIÓN - ESFUERZO Se tiene una zona de crecimiento de grieta en servicio lisa o granular y otra posible de fractura súbita final. Origen

Se presenta una Crecimiento decohesión progresiva

Origenes

Aspect specto o granular sin granular sin un origen orig en definido definido ni marcas marcas radiales. rad iales. Por Por la alta temp alta temperatu eratura ra a la que la que se se da la la Fluencia Flu encia Lent Lenta a usualm sualmente ente hay oxid hay oxidación ación de de las la s superficie superficies s de grieta grieta

Crecimiento

Superficie Tersa (Alto Ciclaje)

Marca de Playa

Fractura Súbita Final

Fractura Súbita Final Marcas de Playa

POR FRAGILIZACIÓN Se tiene una zona de crecimiento de grieta en servicio de aspecto granular y otra posible de fractura súbita final. entre los granos por difusión entre ellos de elementosquímicos fragilizantes bajo esfuerzo mecánico. Incluye los agrietamientos por fragilización dinámina, por hidrógeno, por metal líquido, entre otros

Crecimiento Se presenta una decohesiónprogresiva inter o transgranular por acción combinada de un medio corrosivo y esfuerzo mecánico

Marca de Playa

Se nota textura granular (también es posible tener textura plana)

Se nota la textura granular

Superficie Rugosa (Bajo Ciclaje)

Crecimiento y

n o c r n a ó l u i n c a a a r c i g m r t s f o s n e á l a r D T e P a r v e u L t c a r F

a r u t c a r B F E e M d a c s i o n c ó X i r 0 p t 0 Superficie Tersa (Alto Ciclaje) ó c 0 e 0 c l Bajos Aumentos s E 2 o r a a c í 0 i p M o 5 s c o s o m r c s i i Estrias n M a c e M Superficie Tersa (Alto Ciclaje) Altos Aumentos

n s o a o c i c í r t c a s a l v l o u á n P r c a r n i M g ó s i e n c a d a r m n T r ó o i a c r f e a u D t c a m r a t r l o F F A

Microvacíos

Superficie Rugosa (Bajo Ciclaje) Bajos Aumentos

Fractura Intergranular más Presencia de Grietas entre los Granos

Agrietamiento Transgranular ar (Muestra Aspecto Liso o Plano a Simple Vista o en Estereoscopio)

Crecimiento

Superficie Rugosa (Bajo Ciclaje) Altos Aumentos

Fractura Intergranular más Formación de Microvacíos entre los Granos

Fractura Intergranular más Presencia de Grietas entre los Granos

Agrietamiento Intergranular (Muestra Aspecto Granular a Simple Vista o en Estereoscopio)

CONSIDERACIONES CONSIDERACIO NES GENERALES -Las marcas radiales dividen zonas de la superficie de fractura que se encuentran a diferentes alturas. Se pueden encontrar en las fracturas súbitas frágiles, en las mixtas dúctil - frágil, en la zona de propagación de grieta en servicio de la fatiga, de la corrosión - fatiga, de la fragilización y del agrietamiento por corrosión - esfuerzo. Las marcas de rio son marcas radiales. -Las marcas Rache son un tipo de marcas radiales que se encuentran cerca de la superficie de inicio de la fractura y se pueden presentar en fracturas súbitas frágiles, mixtas dúctil - frágil, por fatiga, por fragilización y en el agrietamiento por corrosión - esfuerzo. Las marcas de Chevron son también un tipo de marcas radiales que se presentan cuando la fractura se da en piezas delgadas. -La formación de microvacíos en las zonas fibrosas y de desgarre de las fracturas súbitas se da en el interior de los granos (fractura transgranular), mientras que la formación de estos que se presenta en la fluencia lenta lo hace en los límites de grano (fractura intergranular). -Las marcas de playa y las estrías se forman durante periodos de detención del crecimiento de la grieta, cuando hay cambios en su velocidad o cuando hay cambios en el medio ambiente de la pieza, y se pueden presentar en fracturas por fatiga, por fragilización, por corrosión - fatiga y por corrosión - esfuerzo. Estas marcas también se conocen como marcas de detención. -Las estrías son marcas microscópicas que indican la posición sucesiva de la grieta después de cada salto en su crecimiento. -La zona de fractura súbita final de la fatiga, la fragilización o el agrietamiento por corrosión - esfuerzo, puede presentar cualquiera de los mecanismos descritos en las fracturas súbitas. -En las fracturas por fatiga también se puede presentar en la zona de crecimiento de grieta en servicio, el mecanismo de propagación intergranular, intergranular, lo cual se da especialmente cuando además del esfuerzo cíclico se tiene un medio corrosivo, a esto se le llama corrosión - fatiga. -La o las zonas de origen de una fractura se pueden encontrar buscando la región de convergencia de las marcas radiales, las de Chevron o las Rache, o también buscando los focos de los que emanan las marcas de detención, las cuales tienden a ser elípticas o circulares (si las marcas de dentención son de frente plano, el origen debe buscarse con ayuda de las marcas radiales). -Las fracturas súbitas dúctiles y las de fluencia lenta generalmente no muestran ni marcas radiales ni de detención, con lo cual no se puede identificar una zona de origen de fractura, esto se debe a que la superficie de fractura se f orma por la coalescencia de muchos microvacíos, donde cada uno de ellos se puede considerar como un origen de grieta.

EDGAR ESPEJO MORA y JUAN CARLOS MARTÍNEZ [email protected] y [email protected]

Grupo AFIS (Análisis de Fallas, Integridad y Superficies) Laboratorios de Materiales y Procesos Departamento de Ingeniería Mecánica y Mecatronica - Bogotá

UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA Julio - 2010

TIPOS DE SUPERFICIES DESGASTADAS DE ELEMENTOS METÁLICOS (DESGASTOGRAFÍA)


ADHESIVO

ABRASIVO

La pieza muestra pérdida de material con deformación superficial, grietas, arrastre o adhesión de material en la dirección del movimiento (imágenes de la izquierda), acompañado en casos severos de coloraciones amarillentas, rojizas, azulosas u oscuras por sobrecalentamiento o incluso fusión del material (imágenes de la derecha)

La superficie presenta pérdida de material, acompañada de rayaduras con flujo de material lateral y longitudinal, y presencia de grietas

FATIGA SUPERFICIAL La superficie presenta pérdida localizada de material en forma de pequeñas picaduras separadas (imágenes de la izquierda) o en casos severos por desprendimiento de grandes áreas superficiales o macropicaduras (imágenes de la derecha). En ambos casos las picaduras están acompañadas de microgrietas perpendiculares al sentido del movimiento

Deformación y arrastre de material (Escoriación)

Aspecto brillante

Picaduras

Macropicadura

Picaduras

Macropicadura

Rayaduras o c i t p Ó o X i p 0 o 9 c a s 7 o e r e t s E

Grietas

Movimiento

Baja deformación, arrastre y coloración

Movimiento

Grieta

Elevada deformación, arrastre y coloración

Flujo Longitudinal Macropicadura

e t s a g s B e E D e M d a c s i o n X c ó i r 0 p t 0 0 ó c e 0 Deformación y c l s E 2 arrastre bajos o a a r í c p 0 i 5 M o c s s o o r m c s i i n M a c e M

Movimiento

Movimiento

Marcas de Playa Movimiento

Picaduras Movimiento Rayadura Deformación y arrastre elevados Movimiento

Movimiento

Movimiento

Grietas Grietas Grietas Grietas Rayadura Flujo lateral

LUDIMIENTO Por micromovimientos entre dos piezas a presión se da pérdida de material, deformación superficial y generación de residuos a t s i V e l p m i S


e t s a g s B e E D e M d a c s i o n X c ó i r 0 p t 0 0 ó c e 0 c l s E 2 o a a r í c p 0 i 5 M o c s s o o r m c s i i n M a c e M

EROSIÓN La superficie presenta pérdida de material y deformación superficial en el sentido del flujo, con aspecto pulido o de piel de naranja en erosión por fluidos (imágenes de la izquierda) o con aspecto granular y cráteres en erosión con partículas sólidas abrasivas (imágenes de la derecha)

CAVITACIÓN

DESCARGA ELÉCTRICA

Se presenta pérdida localizada de material en forma de picaduras, en zonas de conducción de líquidos con cambios abruptos de presión

Se presenta pérdida generalizada o localizada de material, acompañada de una textura rugosa y mate, con cráteres y zonas fundidas a nivel microscopico

Pared adelgazada por erosión interna

Picaduras Zonas rugosas y mates

Pared adelgazada por erosión externa

Residuos y deformación superficial

Residuos y deformación superficial Picaduras Aspecto “piel de naranja”

Aspecto pulido

Aspecto granular

Zonas rugosas y mates

Sentido de la deformación superficial

Flujo Deformaciónsuperficial

D ef or mac ió n s upe rf ic ial

Sentido de la deformación superficial

C rá ter es y d ef or mac ión s upe rf ic ial

Sentido de los impactos de las particulas y la deformación superficial

Las picaduras tienden a ser alargadas en la dirección del flujo Marcas Radiales

Cráteres en la superficie

Marcas de Playa

El interior de las picaduras puede mostrar marcas y texturas similares a las de la fatiga superficial

Zonas fundidas y solidificadas alrededor de los cráteres

CONSIDERACIONES GENERALES -Las picaduras visibles a simple vista generalmente se encuentran en la fatiga superficial y en la cavitación, aunque también pueden estar presentes en un ludimiento severo. -Escoriación es un termino que se usa frecuentemente para describir la textura que resulta de un desgaste adhesivo severo sobre una superficie metálica. -El denominado desgaste por contacto metal - metal o desgaste por pérdida de película lubricante, se puede dar por adhesión o abrasión dependiendo de la diferencia de durezas entre las piezas. -El agrietamiento superficial es común en la fatiga superficial y la cavitación, sin embargo también puede estar presente en los desgastes adhesivo, abrasivo y por ludimiento. -En el desgaste abrasivo el rayado es producto del corte hecho por las partículas abrasivas (en el desgaste de tres cuerpos) o por las prominencias del cuerpo en contacto (en el desgaste de dos cuerpos). Dicho corte involucra flujo longitudinal y lateral respecto al sentido del movimiento, del material que estaba originalmente en el surco. -Una superficie desgastada puede presentar características combinadas de la adhesión, la abrasión y la fatiga superficial, ya que la adhesión y la fatiga superficial desprenden partículas que pueden generar abrasión, la adhesión puede genera fatiga superficial, la abrasión por la perdida de material puede hacer perder la película lubricante y generar adhesión, entre otras posibilidades. -La cavitación muestra rasgos muy parecidos a los de la fatiga superficial, ya que ambas se deben a la acción de fuerzas cíclicas superficiales. En la cavitación el ciclado se debe a la generación e implosión de burbujas de fluido cerca de las superficies metálicas. Por lo anterior es posible encontrar marcas de playa dentro de las picaduras por cavitación o por fatiga superficial. -Las superficies erosionadas pueden presentar patrones de deformación superficial visibles a simple vista, parecidos a olas de mar o dunas de arena en el desierto. -Cuando además del desgaste interviene un proceso corrosivo, se habla de cooperación Corrosión - Desgaste, siendo las formas más comunes la Corrosión - Erosión y la Corrosión - Cavitación. -El ludimiento es un proceso de desgaste a pequeña escala que involucra adhesión, oxidación de las partículas desprendidas (residuos), abrasión por parte de estas partículas, deformación superficial y en algunos casos fatiga superficial (picaduras). -Los cráteres producidos por descarga eléctrica se diferencian de los producidos en la erosión, por la presencia de zonas fundidas y solidificadas alrededor de los primeros. -Calentamientos severos durante el proceso de desgaste se asocian principalmente a la adhesión y la abrasión.

EDGAR ESPEJO MORA [email protected]

Grupo AFIS (Análisis de Fallas, Integridad y Superficies) Laboratorios de Materiales y Procesos Departamento de Ingeniería Mecánica y Mecatronica - Bogotá

UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA Agosto - 2011

Tipos de Fractura

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