de los materiales, en la cual se estudian los aspectos topográficos característicos que cada modo de falla por fractura deja en las superficies de fractura formadas. A partir de este conocimiento y de la observación de la superficie de fractura de una pieza fallada, es posible inferir el modo de falla que la formó. Cuando se habla de observar una superficie de fractura de una pieza fallada, se hace referencia a la inspección visual a ojo desnudo, con ayuda de lupas, con ayuda de un estereoscopio o con ayuda de un microscopio electrónico de barrido; además, se incluye la observación metalográfica, plastográfica o ceramográfica transversal a la superficie de fractura, de tal modo que se pueda observar la trayectoria y topografía dejada por las grietas, además de su relación con la microestructura. Dentro del estudio fractográfico también es importante observar la presencia o ausencia de deformación plástica alrededor de las zonas de fractura de las piezas, y relacionar todo lo observado con el tipo de cargas que se experimentaron, el medio de trabajo en el cual se operó y la temperatura de operación, entre otras variables. Se recomienda realizar la lectura [2] sobre la mecánica de la fractura; la lectura [3] sobre el diseño mecánico; la lectura [4] sobre plasticidad, dislocaciones y mecanismos de endurecimiento de metales, y la lectura [5] sobre fundamentos de la corrosión, esto para refrescar conceptos básicos que se necesitarán a lo largo de la lectura del capítulo.
3.1 CLASIFICACIÓN GENERAL DE LAS FRACTURAS
A partir de la clasificación básica entre fracturas súbitas y progresivas, se puede agrupar la mayoría de los modos de falla por fractura más comunes en metales, de la manera en que se muestra en la figura 3.1, donde las fracturas súbitas se clasifican de acuerdo a si predomina un comportamiento frágil o dúctil en el proceso de falla, o si es mixto entre los dos; las fracturas progresivas se dividen de acuerdo a si son los ciclos de carga los principales responsables de la nucleación y propagación de las grietas, o si lo es el paso del tiempo, o si son mixtas (dependientes de los ciclos de carga y del tiempo).
En las fracturas por fatiga los ciclos de carga son los responsables de la nucleación y el crecimiento de las grietas (en este caso se habla de fatiga mecánica), si además un medio corrosivo ayuda a esa nucleación y/o crecimiento, se habla de corrosión fatiga. Se habla de fatiga térmica o corrosión fatiga térmica, si los ciclos de carga son consecuencia de cambios cíclicos de temperatura (ciclos de dilatación y contracción restringidos por apoyos). En la fluencia lenta se da una deformación plástica y finalmente un agrietamiento progresivo en el tiempo, el cual es activado por una alta temperatura bajo carga para el material que lo experimenta (ver numeral 2.2.4), mientras que en los fenómenos de fragilización el agrietamiento es asistido por un proceso difusivo de elementos químicos fragilizantes dentro del material cargado, donde dichos elementos pueden estar presentes en su composición química o ser aportados por el medio ambiente. En el agrietamiento por corrosión esfuerzo este se genera por la acción de un medio corrosivo en un material que está sometido a un cierto nivel de esfuerzo, sin que haya ciclos de carga (para diferenciarse de la corrosión fatiga). La fatiga termomecánica es un proceso de deformación y agrietamiento donde cooperan la fluencia lenta y la fatiga (mecánica y/o térmica), siendo común que además se tenga cooperación de la corrosión (oxidación a alta temperatura).
Figura 3.1 Clasificación general de los modos de falla por fractura más comunes en metales, de acuerdo con su naturaleza súbita o progresiva
Fuente: elaboración propia.
Los mismos modos de fractura básicos mencionados se pueden reclasificar, de acuerdo con la principal fuente activadora de la nucleación y el crecimiento de las grietas, como fracturas mecánicas, cuando es solo la solicitación por esfuerzo la responsable del proceso de falla; fracturas asistidas por el ambiente (sinergia corrosión fractura), cuando además del esfuerzo se presenta una acción química por parte del medio ambiente que rodea a la pieza; fracturas asistidas por la temperatura, cuando la generación del esfuerzo y/o del agrietamiento es consecuencia de cambios de temperatura y/o de mecanismos de deformación activados a altas temperaturas; y fracturas mixtas, cuando se den combinaciones entre las anteriores (figura 3.2).
Figura 3.2 Clasificación general de los modos de falla por fractura más comunes en metales
Nota. Efectuada de acuerdo con su origen: mecánicas, asistidas por el ambiente, asistidas por la temperatura o mixtas.
Fuente: elaboración propia.
3.2 MARCAS CARACTERÍSTICAS EN LAS SUPERFICIES DE FRACTURA
En las superficies de fractura de los elementos mecánicos se pueden formar cuatro tipos principales de marcas: (1) marcas de dirección de propagación, (2) marcas de posición del frente de grieta, (3) marcas de interacción con ondas de deformación y (4) marcas de cambio de material —figuras 3.3, 3.4 y 3.6 (inferior derecha)—.
Las marcas de dirección de propagación, como su nombre lo indica, están alineadas con la dirección local de crecimiento de grieta en una superficie de fractura. Dentro de estas marcas se encuentran las radiales, las de diente de sierra o Ratchet y las de río (figura 3.4, marcas negras). Todas estas marcas tienen en común que a través de ellas se separan dos o más superficies de grieta que están a diferente nivel (figura 3.5, superior izquierda).
Figura 3.3 Clasificación general de las marcas que comúnmente se presentan en las superficies de fractura de los elementos mecánicos
Fuente: elaboración propia.
Figura 3.4 Marcas que comúnmente se presentan en las superficies de fractura de los elementos mecánicos
Fuente: elaboración propia.
Las marcas Ratchet se forman en las zonas de origen de las fracturas, separando cada marca a dos grietas independientes adyacentes, lo cual origina la geometría de diente de sierra que las caracteriza. Mientras las grietas iniciales se propaguen en planos diferentes, las marcas Ratchet persistirán, pero una vez estas grietas se unan para formar un solo frente común de propagación la marca desaparecerá (figura 3.5, superior derecha).
Las marcas radiales y las marcas de río se forman sobre la superficie de fractura en las zonas de propagación. Las marcas de río obtienen su nombre a partir de la forma que tienen, la cual asemeja el cauce de un río, en donde el sentido de propagación de las grietas se orienta con la misma lógica del movimiento de una corriente de agua de este tipo (figura 3.5, fotos inferiores).
Figura 3.5 Marcas de fractura
Nota. Imagen
