7/26/2019 Tema_6.1 Modos de Fractura
1/34
Fractografa Dr. Carlos Fosca
MODOS DE FRACTURAMODOS DE FRACTURA
Fractografa Dr. Carlos Fosca
FRACTOGRAFFRACTOGRAFAA
Ciencia y arte que trata del examen o interpretacin
de las superficies de fractura con objeto de conocer
las causas por las que una determinada pieza se
rompe.
Macro-fractografa: observacin y estudio de lafractura a ojo desnudo , con una lupa o un binocular
hasta 40 X
Micro-fractografa: observacin y estudio a travsdel microscopio ptico y electrnico.
7/26/2019 Tema_6.1 Modos de Fractura
2/34
Fractografa Dr. Carlos Fosca
FRACTOGRAFFRACTOGRAFAA
A partir del anlisis fractogrfico se pueden determinar
los caracteres morflgicos de las superficies de rotura,
que permitan determinar el mecanismo de iniciacin,
forma de propagacin y consumacin de la rotura.
Causa de rotura
Diseo
inadecuado
Defectos de
fabricacin
Mantenimiento o
reparaciones mal
ejecutadas
Sobrecargas enservicio
Ambiente
agresivo
Fractografa Dr. Carlos Fosca
Una de las partes ms importantes del anlisis de
falla es la identificacin del tipo de fractura, la cual
esta condicionada por una serie de factores:
tipo y condiciones de carga,
velocidad de crecimiento de la grieta apariencia micro y macroscpica de la superficie
de fractura, etc.
IDENTIFICACIIDENTIFICACIN DEL TIPO DE FRACTURAN DEL TIPO DE FRACTURA
7/26/2019 Tema_6.1 Modos de Fractura
3/34
Fractografa Dr. Carlos Fosca
Condiciones de cargaCondiciones de carga::
Fractura por sobre-carga.
Fractura por impacto
Fractura por esfuerzos
Fractura por fatiga
Fractografa Dr. Carlos Fosca
Fractura por sobre-carga: Cuando una fractura se originacomo consecuencia del lento o moderado incremento de los
esfuerzos mecnicos en un componente mecnico.
Fractura por impacto: Cuando la rotura de un componentese origina por el incremento de los esfuerzos mecnicos a
velocidades muy altas.
Fractura por esfuerzos: Cuando la fractura se producecomo consecuencia de la aplicacin sostenida de esfuerzos
mecnicos bajo condiciones de carga esttica a lo largo de
un perodo de tiempo.
Fractura por fatiga: Cuando la fractura de un componentese produce por la accin de esfuerzos cclicos.
Condiciones de carga:Condiciones de carga:
7/26/2019 Tema_6.1 Modos de Fractura
4/34
Fractografa Dr. Carlos Fosca
FRACTURA DFRACTURA DCTIL (FALLA POR SOBRECARGA)CTIL (FALLA POR SOBRECARGA)
La fractura dctil se caracteriza por la rotura de un
componente acompaado de una apreciable deformacin
plstica y de un considerable consumo de energa.
La grieta se propaga de manera estable hasta la rotura y
con una velocidad relativamente lenta (< 6 m/s).
La fractura dctil tiene una apariencia macroscpica
fibrosa, grissea y puede presentar una
o una respecto a la direccin de
aplicacin de los esfuerzos mximos.superficie inclinada
superficie plana
Fractografa Dr. Carlos Fosca
En estas fallas es evidente la
formacin de un cuello o
estriccin antes de la fractura. El
plano de rotura es normal a la
direccin de los esfuerzos
mximos aplicados y la ltima
porcin de rea de la fractura se
produce en forma de un pico que
se extiende hasta la superficie del
componente, siendo esta regin
tanto mas pequea cuanto mas
grande es el espesor de la pieza.
Fractura dFractura dctil con superficie planactil con superficie plana
se produce cuando el componente esta sometido a un estado
triaxial de tensiones que corresponde a una condicin de
deformacin plana, como suele ocurrir en elementos de gran
espesor.
regresar
7/26/2019 Tema_6.1 Modos de Fractura
5/34
Fractografa Dr. Carlos Fosca
Fractografa Dr. Carlos Fosca
7/26/2019 Tema_6.1 Modos de Fractura
6/34
Fractografa Dr. Carlos Fosca
se produce bajo solicitaciones
de carga en condiciones de
esfuerzos planos, que es
tpica de elementos deseccin delgada o de
regiones prximas a la
superficie. Este tipo de rotura
puede o no presentar
estriccin y la superficie de
fractura esta localizada
formando un ngulo de
aproximadamente 45respecto de la superficie
Fractura dFractura dctil con superficie inclinadactil con superficie inclinada
regresar
Fractografa Dr. Carlos Fosca
y
x
z
centro
superficie
Estado de esfuerzos plano y deformacin plana
7/26/2019 Tema_6.1 Modos de Fractura
7/34
Fractografa Dr. Carlos Fosca
x
y
z = (x+ y)
Deformacin plana
z = 0
y
x
Esfuerzo plano
Planos de mximos
esfuerzos de corte
Estado de esfuerzos plano y deformacin plana
Fractografa Dr. Carlos Fosca
Zonaplstica
Deformacin plana
Esfuerzo plano
7/26/2019 Tema_6.1 Modos de Fractura
8/34
Fractografa Dr. Carlos Fosca
La fractura dctil se produce como consecuencia de la
nucleacin y coalescencia de microcavidades (dimples) en
el interior del material. La nucleacin de estas
microcavidades se producen en las discontinuidades omicro-concentradores de tensiones como pueden ser
partculas de segundas fases, inclusiones no metlicas,
lmites de granos o apilamientos de dislocaciones
MECANISMO DE LA FRACTURA DMECANISMO DE LA FRACTURA DCTILCTIL
Fractografa Dr. Carlos Fosca
Inclusiones pueden
inducir la acumulacin de
dislocaciones que
favorezcan la nucleacin
de microcavidadesprecursoras de la fractura
ductil
7/26/2019 Tema_6.1 Modos de Fractura
9/34
Fractografa Dr. Carlos Fosca
Las microcavidades se producen en las interfases de las
inclusiones o partculas duras dispersas en la matriz.
Fractografa Dr. Carlos Fosca
MECANISMO DE LA FRACTURA DMECANISMO DE LA FRACTURA DCTILCTIL
7/26/2019 Tema_6.1 Modos de Fractura
10/34
Fractografa Dr. Carlos Fosca
Fractura dFractura dctil (ctil (dimplesdimples))
Se produce por coalescencia de microcavidades.
Nucleacin de microcavidades en regioneslocalizadas de deformacin (partculas de fases
secundarias, inclusiones, lmites de grano, y
apilamiento de dislocaciones).
Conforme crece la deformacin en el material las
microcavidades crecen, coalescen y
eventualmente forman una superficie de fractura
continua
Esta fractura exhibe una numerosa cantidad de
depresiones (tipo copas) dimples.
Fractografa Dr. Carlos Fosca
La superficie, observada a mas de 100X, exhibe una serie
de numerosas micro-depresiones que son el resultados de la
coalescencia de las microcavidades y que reciben el nombre
de "dimples" (hoyuelos).
.
MECANISMO DE LA FRACTURA DMECANISMO DE LA FRACTURA DCTILCTIL
Cara superior
Cara inferior
7/26/2019 Tema_6.1 Modos de Fractura
11/34
Fractografa Dr. Carlos Fosca
La cantidad y distribucin
de los "dimples" son
consecuencia de la
cantidad de zonasactivadas para la
nucleacin de
microcavidades. Cuanto
mayor es la dispersin y
cantidad de precipitados o
fases secundarias, mas
pequeos sern los
dimples que se observen
en la superficie defractura.
MECANISMO DE LA FRACTURA DMECANISMO DE LA FRACTURA DCTILCTILprecipitados
Imagen SEM
Fractografa Dr. Carlos Fosca
MECANISMO DE LA FRACTURA DMECANISMO DE LA FRACTURA DCTILCTIL
Acero para muelles Acero Maragin
7/26/2019 Tema_6.1 Modos de Fractura
12/34
Fractografa Dr. Carlos Fosca
MECANISMO DE LA FRACTURA DMECANISMO DE LA FRACTURA DCTILCTIL
Fractografa Dr. Carlos Fosca
Las fallas en servicio que ocurren como consecuencia de
fracturas completamente dctiles son poco frecuentes, sin
embargo, cuando ello ocurre la fractura dctil se origina
como resultado de una sobrecarga, la cual puede ser
consecuencia de diversos factores:
CAUSAS DE LAS FRACTURAS DCAUSAS DE LAS FRACTURAS DCTILESCTILES
sub-dimensionamiento delcomponente
bajas propiedades mecnicas del
material
proceso de fabricacin
inadecuado
materiales defectuosos
sobre-esfuerzos mecnicos, etc.
7/26/2019 Tema_6.1 Modos de Fractura
13/34
Fractografa Dr. Carlos Fosca
La fractura frgil se
caracteriza por una rpida
propagacin de la grietasin apreciable
deformacin plstica y por
un menor consumo de
energa comparada con la
fractura dctil.
FRACTURA FRFRACTURA FRGILGIL
Las superficies de fractura frgil tienen una apariencia
brillante, granular con poca o ninguna estriccin. El plano de
fractura es perpendicular a la direccin de los mximosesfuerzos de traccin.
Fractografa Dr. Carlos Fosca
7/26/2019 Tema_6.1 Modos de Fractura
14/34
Fractografa Dr. Carlos Fosca
Si observamos la superficie de fractura de una probeta
cilndrica como la que se muestra en la figura siguiente,
veremos que esta tiene una serie de "crestas" radiales
que se originan del centro de la superficie de fractura.Estas "crestas" se mueven paralelas a la direccin de la
propagacin de la fisura y se forman cuando dos grietas
adyacentes no coplanares se conectan entre s.
FRACTURA FRFRACTURA FRGILGIL
Fractografa Dr. Carlos Fosca
Una vez que el frente de las grietas alcanza la periferia de la
seccin de fractura se produce un cambio en el estado
tensional pasando de un estado triaxial de tensiones (en el
centro de la pieza) a un estado de esfuerzo plano (en la
superficie). Ello provoca que en la ltima porcin de la
fractura se observen picos debidos a ruptura por corte
aunque en mucho menor grado que en una fractura dctil.
FRACTURA FRFRACTURA FRGILGIL
7/26/2019 Tema_6.1 Modos de Fractura
15/34
Fractografa Dr. Carlos Fosca
Las "crestas" radiales observadas normalmente en una
fractura frgil permiten orientarnos en la bsqueda del origen
y de la direccin de propagacin de la grieta.
FRACTURA FRFRACTURA FRGILGIL
"crestas" radiales
Origen de la grieta
Fractografa Dr. Carlos Fosca
Asimismo, la extensin de esta regin esta influenciada por
la temperatura al cual se produjo la fractura. Cuando la
fractura se produce a una temperatura alta (en relacin a la
temperatura de transicin dctil/frgil del acero en cuestin)
la presencia de crestas radiales es mucho ms evidente
mientras que a bajas temperaturas pueden llegar incluso a
estar ausentes.
FRACTURA FRFRACTURA FRGILGIL
7/26/2019 Tema_6.1 Modos de Fractura
16/34
Fractografa Dr. Carlos Fosca
La existencia de los picos
por rotura de corte en los
bordes de la superficie de
fractura orienta en labsqueda del origen de la
fractura. Estos picos se
presentan en la regin final
de fractura, es decir en la
periferia y nunca en el
origen de la misma.
Si la fractura frgil de
produjo a baja temperaturaes probable que estos
picos no se observen.
FRACTURA FRFRACTURA FRGILGIL
Fractografa Dr. Carlos Fosca
Las fallas de estructuras o componentes mecnicos mediante
fractura frgil se originan por la presencia de defectos inicialmente
originados durante el proceso de fabricacin o a lo largo de la
operacin en servicio. Estos defectos actan como concentradores
de tensiones y pueden ser en trminos generales:
CAUSAS DE UNA FRACTURA FRCAUSAS DE UNA FRACTURA FRGILGIL
1. Entalles: discontinuidades causadas por cambios de seccin,
defectos de mecanizado o daos en servicio (rayado)
2. Defectos del material: plieges, laminaciones,grandes
inclusiones no metlicas, defectos de forja, etc.
3. Segregaciones, inlcusiones, microestructuras indeseables,
presencia de fases secundarias, etc.
4. Fisuras resultantes de tratamientos trmicos, presencia de
hidrgeno, debidas a corrosin
7/26/2019 Tema_6.1 Modos de Fractura
17/34
Fractografa Dr. Carlos Fosca
Fractura Frgil
La fractura frgil se caracteriza macroscpicamente por
que:
hay poca o ninguna deformacin plstica precede a la
fractura
la fractura es generalmente lisa y perpendicular a la
superficie del componente
la fractura puede tener una apariencia granular o
cristalina y es a menudo altamente reflectiva a la luz
pueden observarse marcas chevron (herradura)
el crecimiento de la grieta es muy rpido
Fractografa Dr. Carlos Fosca
Rotura de un rodilloRotura de un rodillode laminacide laminacinn
7/26/2019 Tema_6.1 Modos de Fractura
18/34
Fractografa Dr. Carlos Fosca
Fractura frgil por clivaje
Clivaje es una fractura de baja energa que se propaga
a lo largo de planos cristalogrficos bien definidos
conocidos como planos de clivaje.
Debido a que las aleaciones de ingeniera son
policristalinas (contienen granos, subgranos,
inclusiones, dislocaciones y otras imperfecciones) la
fractura de cilvaje exhibe numerosas superficies de
propagacin ( marcas de ro marcas de plumas,
marcas de herradura chevron, marcas de lengua,
etc)
Fractografa Dr. Carlos Fosca
Fractura frgil por clivaje
7/26/2019 Tema_6.1 Modos de Fractura
19/34
Fractografa Dr. Carlos Fosca
Fractura frgil por clivaje
Esta tubera fue sometida a un
ensayo de presin (0,4 sy)
mediante detonacin de carga
explosiva.La fractura inicial fue frgil pero
luego la fisura se detiene de
manera dctil
Fractografa Dr. Carlos Fosca
Modos de fractura
Fractura de un eje por fatiga torsional
Se aprecia inicio de
la fisura por fatiga
Marcas chevron
Fractura final por
sobrecarga
(dctil)
7/26/2019 Tema_6.1 Modos de Fractura
20/34
Fractografa Dr. Carlos Fosca
Fractura frgil (superficie) por sobrecarga de flexin en un eje
de automvil (AISI 1050) con temple superficial (60 HRC)
Origen de la fractura
Fractura mixta (frgil-dctil)
Fractografa Dr. Carlos Fosca
Marcas de chevron
Resultan de un crecimiento discontinuo de superficies de
fractura por clivaje, como consecuencia de la iniciacin,
crecimiento y unin de varias superficies de fractura.
El frente de propagacin de la fractura chevron tiende a ser
curvado (parablico) envolviendo una serie de fisuras que
crecen radialmente.
7/26/2019 Tema_6.1 Modos de Fractura
21/34
Fractografa Dr. Carlos Fosca
Marcas de chevron
Este tipo de fractura es observado en aceros de baja
resistencia mecnica que exhiben cierta ductilidad, pero
no se observan en materiales frgiles.
Ello se debe a que es necesario cierto nivel de
deformacin plstica para la formacin de lneas chevrn
Fractografa Dr. Carlos Fosca
Marcas de
chevron
7/26/2019 Tema_6.1 Modos de Fractura
22/34
Fractografa Dr. Carlos Fosca
Fractura descohesiva (intergranular) en un acero AISI
8740 debido a fragilizacin por hidrgeno originada por
un tratamiento indecuado de deshidrogenado despus
de un cadmiado
Fractura frgil intergranular
Fractografa Dr. Carlos Fosca
Fractura descohesiva (intergranular) en un acero AISI
8740 debido a fragilizacin por hidrgeno originada por
un tratamiento indecuado de deshidrogenado despus
de un cadmiado
Fractura frgil intergranular
7/26/2019 Tema_6.1 Modos de Fractura
23/34
Fractografa Dr. Carlos Fosca
FATIGA
Iniciacin de microfisuras
Fractografa Dr. Carlos Fosca
FATIGA
Microdeformacin plstica
Iniciacin de una o ms microgrietas
Propagacin o coalescencia de microgrietaspara formar una o mas macrogrietas
Propagacin de macrogrietas
Falla final
Mecanismo de la falla por fatiga
7/26/2019 Tema_6.1 Modos de Fractura
24/34
Fractografa Dr. Carlos Fosca
FATIGA
Microdeformaciones provocan movimiento de
planos de deslizamiento a travs de dislocaciones
Dislocaciones emergen a la superficie
las cargas oscilantes provocan acumulacin local
de escalones de dislocaciones en la superficie
(extrusiones e intrusiones) aumentando la
rugosidad (bandas de deslizamiento)
durante la deformacin plstica cclica se produce
endurecimiento en ablandamiento del material
Microdeformacin plstica
Fractografa Dr. Carlos Fosca
FATIGA
Aleaciones monofsicas recocidas se
endurecen, mientras que aleaciones
endurecidas en fro se ablandan.
Aleaciones con precipitados coherentes con lamatriz (Ni3Al en aleaciones base Ni)
experimentan fuerte endurecimiento.
Otras aleaciones como Al-Cu, sufren tambin
endurecimiento.
Microdeformacin plstica
7/26/2019 Tema_6.1 Modos de Fractura
25/34
Fractografa Dr. Carlos Fosca
FATIGA
Los aceros templados se endurecen pormicrodeformacin cclica
Los aceros templados y revenidos se ablandan
El ablandamiento se debe al cambio producido
en la estructura de dislocaciones con la
deformacin cclica, reduciendo la densidad de
dislocaciones.
Microdeformacin plstica
Fractografa Dr. Carlos Fosca
FATIGA
Se originan en: bandas de deslizamiento,
lmites de granos, en partculas de segunda
fase, en inclusiones o interfases matriz/fase
secundaria. Depender de cual ocurre mas
fcilmente.
La acumulacin de dislocaciones que emergen
en la superficie se concentran en los
obstculos presentes (lmites de granos, fases
secundarias, pelculas de xidos, etc)
acumulando una gran cantidad de energa
elstica
Iniciacin de microfisuras
7/26/2019 Tema_6.1 Modos de Fractura
26/34
Fractografa Dr. Carlos Fosca
FATIGA
Cuando la energa de deformacin acumuladaexcede en el doble la energa para formar una
superficie libre se produce una microfisura
(fisura en la matriz, , descohesin a travs de
lmites de grano, fisuracin de una fase
secundaria, etc.)
La amplitud de deformacin crtica para
provocar fisuracin esta relacionado con la
severidad al entalle del material.
Iniciacin de microfisuras
Fractografa Dr. Carlos Fosca
FATIGA
Iniciacin de microfisuras
Formacin de intrusiones y extrusiones en un
cristal sometido a esfuerzos alternantes.
7/26/2019 Tema_6.1 Modos de Fractura
27/34
Fractografa Dr. Carlos Fosca
FATIGA
Iniciacin de microfisuras
El espaciamientoentre las
estriaciones es una
medida del lento
avance de la fisura
de fatiga (por ciclo
de deformacin)
Fractografa Dr. Carlos Fosca
FATIGA
Propagacin de microfisuras
La acumulacin de
dislocaciones
emergentes forman una
microfisura que se
propaga inicialmente
siguiendo la direccin
establecida por la
microdeformacin
plstica (etapa I)
7/26/2019 Tema_6.1 Modos de Fractura
28/34
Fractografa Dr. Carlos Fosca
FATIGA
Propagacin de microfisuras
Alcanzado un tamao esta microfisura crece
bajo la accin de los esfuerzos aplicados
movindose en la direccin normal a los
esfuerzos de traccin mximos (etapa II)
Esta microgrieta sigue creciendo hasta alcanzar
un tamao macroscpico (macrogrieta) y hasta
reducir la seccin efectiva que soporta los
esfuerzos hasta un nivel intolerable provocando
una sobrecarga que fractura del material.
Fractografa Dr. Carlos Fosca
FATIGA
deslizamiento
Esfuerzos decompresin
Avance de lafisura duranteun ciclo de carga
Propagacin de microfisuras
7/26/2019 Tema_6.1 Modos de Fractura
29/34
Fractografa Dr. Carlos Fosca
FATIGA
Propagacin de microfisuras
En la etapa II de la propagacin de la fisura la
relacin R = min/max tiene poca influenciaen la velocidad de propagacin de la grieta.
Del mismo modo, la microestructura no juega
un papel muy importante.
En cambio si se ha encontrado relacin entre la
velocidad de crecimiento de la grieta y el
mdulo lstico E en esta etapa II
Fractografa Dr. Carlos Fosca
Fracturas debidas a fatiga
7/26/2019 Tema_6.1 Modos de Fractura
30/34
Fractografa Dr. Carlos Fosca
Fracturas debida a fatiga
Fractografa Dr. Carlos Fosca
Fractura por fatiga torsional (fractura tipo
peeling) en un eje de acero AISI 1030.
Fractura por fatiga
7/26/2019 Tema_6.1 Modos de Fractura
31/34
Fractografa Dr. Carlos Fosca
Fractura por fatiga en un eje AISI 1040 (30 HRC)
sometido flexin rotativa.
Fractura por fatiga
La fractura comenz en
diferentes puntos de la
superficie
Fractografa Dr. Carlos Fosca
Inicio de la fisuracin
Fin de la fracura
Fractura por fatiga flexorotativa en eje de acero
AISI 1040 (30 HRC)
Marcas de playa
Fractura por fatiga
7/26/2019 Tema_6.1 Modos de Fractura
32/34
Fractografa Dr. Carlos Fosca
Fractura por fatiga
Fractura por fatiga en
un eje AISI 1050 (35
HRC) sometido a
flexin rotativa, seobservan marcas
mltiples en la
superficie lo que
indica que la fractura
se origino en diversos
puntos debido a un
fuerte concentrador
de tensiones en lasuperficie.
Fractografa Dr. Carlos Fosca
Morfologas de la fractura por fatiga paradiferentes tipos de carga
Traccin-traccin traccin compresin
7/26/2019 Tema_6.1 Modos de Fractura
33/34
Fractografa Dr. Carlos Fosca
Morfologas de la fractura por fatiga paradiferentes tipos de carga
Flexin unidireccional
Fractografa Dr. Carlos Fosca
Flexin bidireccional
Morfologas de la fractura por fatiga paradiferentes tipos de carga
7/26/2019 Tema_6.1 Modos de Fractura
34/34
Fractografa Dr. Carlos Fosca
Morfologas de la fractura por fatiga paradiferentes tipos de carga
Flexin y torsin rotativa
Top Related