Fractura Fragil Ductil Fatiga Load

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MECANICA DE LA FRACTURA

FRACTURASF R A C T U R A S IM P L E Separacin de un cuerpo en dos o mas piezas en respuesta a una tensin aplicada esttica (constante o cambia lentamente con el tiempo), y a temperaturas relativamente bajas comparadas a la temperatura de fusin del material. La tensin aplicada puede ser de traccin, compresin, cizalladura o torsin. Existen dos FRAGIL tipos de fractura: SIMPLE y Deformacin

Frgil Dctil

Esta clasificacin se basa en la capacidad del material para experimentar deformacin plstica con alta absorcin de energa antes de la fractura.

Tensin

FRACTURAS

ctilidad se puede cuantificar en trminos del porcentaje del alargamiento y de la uccin de rea:

la ductilidad tambin es una funcin de la temperatura, velocidad de deformacin ado de las tensiones.

uier proceso de fractura esta compuesto por dos etapas: Formacin y Propagacin de una fisura en respuesta a una tensin aplicada do de fractura depender del mecanismo de propagacin de la grieta.

FRACTURAS La fractura Dctil se caracteriza por : Mucha deformacin plstica en la vecindad de la grieta que avanza. El proceso es lento a medida que la grieta se extiende Una grieta de este tipo se suele decir que es estable, o sea que resiste a su extensin a menos que la tensin se incremente. Se pueden encontrar evidencias de deformacin plstica apreciable en la superficie de la fractura La fractura Frgil se caracteriza por:

Las grietas se extienden de forma rpida Muy poca deformacin plstica (inestables) Una vez iniciada la grieta continua espontneamente sin aumento en la tensin aplicada.

FRACTURA DUCTILco n ti u a ci n se m u e stra n e sq u e m ti m e n te d o s p e rfi e s m i sc p i s d e l n ca l cro co a ctu ra :(a) Fra ctu ra m u y d cti n l cu a ll p ro b e ta se le a a e stri o n a h a sta l e g a r a u n p u n to . cci l ( b ) Fractura moderadamente dctildespus de ci rta e stri n . e cci ( c ) Fractura frgil sin ninguna deformacin p l sti . ca

La co n fi u ra ci n a rri a m o stra d a se e n cu e n tra e n m e ta l s m u y g b e b l n d o s a te m p e ra tu ra a a m b i n te ( A g y P b ) y e n o tro s m e ta l s a te m p e ra tu ra e l va d a e e e ( polimeros y vidrios i o rg n i s). E sto s m a te ri l s so n m u y d cti e s y se ro m p e n a l n co ae l re d u ci rse l e stri o n a a cci u n p u n to , p re se n t n d o se l re d u cci n d e re a vi a l e n te a 1 0 0 % a rtu m La segunda figura es la mas comn, fractura a traccin en materiales

FRACTURA FRAGILEl tipo mas comn de fractura a traccin en materiales dctiles se representa a continuacin:

(a)Estriccin inicial (b)Formacin de pequeas cavidades (c)La colescencia de cavidades forma una grieta (d) Propagacin de la grieta (e) Fractura final por cizallamiento a un ngulo de 45 respecto a la direccin de la tensin.

FRACTURA DUCTILC o n u n exa m e n m i sc p i se co n o ce n m a s a d e ta l e l s m e ca n i o s d e cro co l o sm fra ctu ra ( fra cto g ra fi ) a

Fra ctu ra d e co p a y co n o e n a l m i i u n o Fra ctu ra fr g i e n A ce ro l

FRACTURA DUCTIL

a) Fra cto g ra fi S E M m o stra n d o ca vi a d e s a d b ) Fractografia SEM mostrando ca vi a d e s d ca ra cte r ca s d e fra ctu ra d cti o ri i a d a sti l g n p a ra b l ca s i ca ra cte r ca s d e l sti a p o r ca rg a s a xi l s ae fractura dctilpor cargas de ci l a d u ra . za l

FRACTURA DUCTIL

S u p e rfi e co n fra ctu ra fr g i m o stra n d o cre sta s ra d i l s e n fo rm a ci l ae de abani . co La fl ch a i d i e l o ri e n d e l g ri ta e n ca g a e

FRACTURA FRAGILO

cu rre si a p re ci b l d e fo rm a ci n p l sti y p o r r p i a p ro p a g a ci n d e l n a e ca d a g ri ta e La su p e rfi e d e fra ctu ra ti n d e a se r p e rp e n d i l r a l d i cci n d e ci e cu a a re tra cci n m xi a ( te n si n p ri ci a l m xi a ) m n p mLos

detalles caractersticos de esta fractura son los siguientes:Cualquier signo de deformacin Algunas piezas de acero forman

plstica esta ausente marcas en forma de V cerca del centro de la fractura las cuales apuntan hacia el lugar de iniciacin. Otras superficies presentan lneas o crestas que irradian desde el origen de la fractura simulando un abanico Para metales duros o de grano muy pequeo no se puede mostrar una distribucin de marcas de fracturas La fractura Frgil para materiales amorfos como vidrios cermicos producen superficies lisas y brillantes.

FRACTURA FRAGILLa

mayora de los materiales cristalinos frgiles la propagacin de la grieta se debe a la sucesiva y repetida rotura en los enlaces atmicos a lo largo de los planos cristalogrficos (descohesion) o Fractura Transgranular. Si la propagacin de la grieta ocurre a lo largo de los bordes del grano se le llama Intragranular.

Fractura Transgranular . Las grietas propagan cortando los granos

Fractura Intergranular . Las grietas propagan a lo largo de la frontera de grano.

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FRACTURA FRAGILFracturas transgranular:Acero ensayado a 77 K

MECANICA DE LA FRACTURALa

re si n ci a l fra ctu ra d e u n m a te ri l s l d o e sta e n fu n ci n d e l s ste a a a i a fu e rza s co h e si s exi n te s e n tre l s to m o s. va ste o La re si ste n ci a l fra ctu ra exp e ri e n ta l e s e n tre 1 0 y 1 0 0 0 ve ce s m e n o r a a m a l te ri e n l m a yo r d e l s m a te ri l s. a ca a a o ae Griffith

propuso que esta discrepancia se poda explicar por la presencia de grietas microscpicas las cuales existen en condiciones normales en la superficie y en el interior del material. que la grieta tiene forma elptica y esta orientada con su eje mayor perpendicular a la tensin aplicada, se puede aproximar la tensin mxima en el extremo de la grieta:

Suponiendo

FRACTURA0 = Magnitud de la tensin nominal aplicada t = Radio de la curvatura de la punta de la grieta a = Longitud de una grieta superficial (o mitad de la longitud de una grieta interna)

A menudo el cociente conocido como Factor de Concentracin de tensiones Kt

es

El cual es una media del grado con que una tensin externa es amplificada en el extremo de una grieta pequea.

Griffith propuso que en todos los materiales frgiles existen fisuras y defectos Pequeos con gran variedad de tamaos, geometras y

FRACTURA

La teora de Griffith para la fractura frgil dice que durante la propagacin de una grieta se produce la LIBERACION DE ENERGIA DE DEFORMACION ELASTICA, lo cual indica que parte de la energa es almacenada en el material cuando es deformado elsticamente.

Donde: E = Modulo de elasticidad s = Energa superficial especifica a = Mitad de la longitud de una grieta interna

FRACTURA En la dcada de los 50s G.R Irwin propuso incorporar ambos trminos s y p en un nico termino: Llamada ENERGIA DISPONIBLE PARA LA FRACTURA

FATIGA

Forma de rotura que ocurre en estructuras sometidas a tensiones dinmicas y fluctuantes (ejem: puentes, aviones, componentes de maquinas) Bajo estas circunstancias, la fractura puede ocurrir a nivel de tensin sensiblemente menor que la resistencia a la traccin o el limite elstico correspondiente a una carga elstica. El termino FATIGA es utilizado debido a que este tipo de fractura normalmente ocurre despus de un periodo largo de tensiones repetidas o deformaciones cclicas. La fatiga es la causa aproximadamente del 90% de las roturas metlicas, es una falla catastrfica, insidiosa y ocurre sbitamente sin aviso.

FATIGA

Limite de Fatiga (Resistencia a la fatiga) Las graficas S-N muestran que cuanto mayor es la magnitud de la tensin menor es el numero de ciclos que el material es capaz de aguantar antes de romperse. Debajo del limite de fatiga la rotura no ocurrir, este limite representa el mayor valor de la tensin fluctuante que no producir la rotura en un numero infinito de ciclos.

FATIGA

0

C0

FATIGA

Iniciacin y Propagacin de la Grieta El proceso de rotura por fatiga se caracteriza por 3 etapas

distintas:

Iniciacin de la grieta Propagacin de la grieta Rotura final

Esta ultima ocurre rpidamente una vez que la grieta alcanzo su tamao critico La vida a fatiga Nf es el numero total de ciclos hasta la fractura y esta considerada como: Donde Ni es el numero de ciclos para iniciacin de la grieta

FATIGA

FATIGALa velocidad de la propagacin de la grieta Bajo la influencia de tensiones cclicas las grietas se forman y propagan de forma inevitable, produciendo la rotura. La vida de un componente estructural puede relacionarse con la velocidad de crecimiento de la grieta. Existen tcnicas experimentales para medir la longitud de la grieta durante la aplicacin de tensiones cclicas, estas produce una grafica de la longitud de la grieta a frente al numero de ciclos N.

FATIGA Donde A y m son constantes para un determinado material, estos dependen de la frecuencia, y cociente de tensiones. K es el intervalo del factor de intensidad de tensiones en la punta de la grieta o

FATIGAUna de las metas del anlisis de fracturas es el ser capaz de predecir la vida a fatiga para algunos componentes, conociendo las condiciones de servicio y resultados de ensayos de laboratorio. De esta manera se desarrolla la siguiente formula: Los limites de la integral son el tamao de la grieta inicial a0, la cual se mide con un mtodo no destructivo y la longitud critica de la grieta ac la cual se determina a partir de la tenacidad de la fractura. Sustituyendo K tenemos:

FATIGAFa cto re s q u e a fe cta n l vi a a Fa ti a a d g Tensin media: Aumentando la tensin media conduce a una disminucin de la vida a fatiga esto se observa en las graficas SN.

FATIGAFa cto re s d e D i o : E l