(izquierda); superficie de fractura de un acero ferrítico acicular, donde la formación de la mayoría de los microhuecos no estuvo asociada a partículas de segunda fase o inclusiones, sino probablemente a apilamientos de dislocaciones, por lo que no hay presencia generalizada de partículas en el interior de los microhuecos (central); superficie de fractura de un acero 5160 bonificado, donde se pueden ver grandes microhuecos asociados a inclusiones y microhuecos más finos nucleados en carburos de revenido (derecha).
Fuente: elaboración propia.
El tamaño del microhueco o microvacío generado es en general proporcional al tamaño de la inclusión o partícula de segunda fase, alrededor de la cual se formó, si este fue el caso. Cuando se tienen varios tamaños de inclusiones o partículas de segunda fase en el metal, los primeros microvacíos se forman alrededor de las más grandes (generalmente las inclusiones), y a altos porcentajes de deformación aparecen los microvacíos asociados a las partículas más pequeñas (generalmente las de segunda fase) (figura 3.29, derecha).
Ya que la formación de microvacíos está fuertemente asociada a la presencia de partículas de segunda fase, inclusiones o discontinuidades previas, se puede inferir que en un metal ideal (continuo, homogéneo e isotrópico), la formación de los microvacíos se elimina, y la fractura dúctil, por ejemplo, de una pieza a tracción, se da por acuellamiento hasta llegar a un punto (un átomo). El metal ideal no existe, pero se logra un comportamiento similar si los metales reales se calientan lo suficiente (sin superar la temperatura equicohesiva), de modo tal que se incrementa la plasticidad, debido a la mayor movilidad de las dislocaciones y vacancias, lo que en últimas hace que sea difícil nuclear microvacíos, haciendo que el deslizamiento sea casi ilimitado (a esto se le llama superplasticidad); claro está que la resistencia de la pieza será baja.
Los microvacíos, después de formados, siguen su crecimiento con la deformación plástica que se está experimentando en la matriz metálica de los alrededores, y la superficie de fractura se genera a través de dos mecanismos básicos: (1) coalescencia de microvacíos, donde microhuecos cercanos se encuentran y unen mientras crecen; y (2) a través de bandas de corte, las cuales se forman entre microvacíos alejados de gran tamaño, que vía la concentración de esfuerzo que producen, nuclean unas zonas de deslizamiento localizado llamadas bandas de corte. Dentro de la banda de corte se pueden formar otros microvacíos, asociados a partículas de segunda fase más pequeñas. La formación de bandas de corte generalmente produce superficies de fractura zigzagueantes, mientras que la coalescencia pura produce una sola superficie de fractura (figura 3.30).
Figura 3.30 Crecimiento de grieta por coalescencia de microvacíos (izquierda); crecimiento de grieta por conexión de microvacíos a través de bandas de corte (derecha)
Fuente: elaboración propia.
Al igual que como se mencionó en el caso del clivaje y la fractura intergranular, aunque exista a escala macro una dirección de crecimiento de grieta, ello no necesariamente implica que a escala micro en frente de grieta ello se cumpla de manera estricta. Lo anterior se debe a que en el campo de concentración de esfuerzo que hay en el frente de grieta, pueden caber varias zonas sobrecargadas que estén nucleando microvacíos; por lo tanto, allí pueden coalescer y formar una grieta, la cual puede crecer en dirección contraria a la grieta principal hasta que se encuentran (figura 3.30, izquierda).
La formación y coalescencia de microvacíos se puede dar bajo los modos de carga I, II, III o por combinaciones entre ellos, es decir, el plano de fractura puede ser perpendicular a la dirección del esfuerzo normal máximo o coplanar con la dirección del cortante máximo. Los microhuecos que se aprecian sobre la superficie de fractura podrán ser circulares o elípticos, dependiendo de las combinaciones de modos de carga aplicados. Los microhuecos redondos sugieren cargas de tracción y/o flexión (modo I), mientras que los microhuecos elípticos indican cortante puro o torsión (modos II y III), o combinación de estos con tensión o flexión. Bajo flexión pura también se pueden formar microhuecos elípticos, sin embargo, estos no serán tan alargados como los presentes con los modos II y III. Cuando la fractura se forma por modos de carga II, III o combinación entre ellos, donde puede haber presencia también de compresión, o si la fractura se desarrolla a través de bandas de corte, es común que las superficies de fractura se dañen por la fricción entre las dos partes, lo cual puede borrar la presencia de los microhuecos, dejando una textura muy parecida a la del desgaste adhesivo (figura 3.31), comparese con la figura 4.4.
Figura 3.31 Imágenes de MEB de metales fracturados por formación y coalescencia de microvacíos
Nota. Microhuecos redondeados, lo cual indica predominio del modo de carga I (izquierda); microhuecos ovales o elípticos, lo que indica modos de carga II o III, con o sin combinación con el modo I (centro); superficie plana producto del aplastamiento por frotamiento de los microhuecos, que indica carga tipo II o III, generalmente puros o combinados con compresión (derecha), o fractura a través de bandas de corte. Las flechas indican el sentido del esfuerzo cortante.
Fuente: elaboración propia.
3.5.5 Fractografía de las fracturas súbitas dúctiles
La formación de una fractura súbita dúctil se favorece si: (1) el material del cual está hecha la pieza es intrínsecamente dúctil, por ejemplo, materiales metálicos de baja dureza, polímeros termoplásticos o metales no fragilizados en límite de grano; (2) hay un estado de esfuerzo plano, lo cual facilita el comportamiento dúctil del material; (3) la pieza es pequeña o delgada y, por lo tanto, favorece un estado de esfuerzo plano; (4) la temperatura es alta para el material, lo que favorece su comportamiento dúctil; por ejemplo, en metales por encima de la temperatura de transición dúctil-frágil o en polímeros termoplásticos por encima de la temperatura de transición vítrea; (5) si la velocidad de aplicación de la carga es lenta, es decir, una carga cuasiestática, lo que no limita la ductilidad del material.
Cuando una superficie de fractura dúctil no tenga marcas de dirección de propagación o de posición del frente de grieta, es indicio de que en toda el área de fractura se nuclearon y coalescieron microhuecos, de una manera más o menos homogénea, por lo tanto, no hay orígenes de grieta especialmente identificables; a este tipo de fractura dúctil se le llama colapso plástico. En otros casos, las superficies de fractura dúctil pueden insinuar marcas radiales o de posición de frente de grieta (costillas o playas). No es común observar marcas Ratchet o de río.
A simple vista, las fracturas dúctiles de elementos mecánicos mostrarán deformación plástica o distorsión notable de las piezas en su conjunto o cerca de las zonas de fractura (figuras 3.32 y 3.33, fotos de la izquierda). En el caso particular de la fractura bajo torsión, la deformación consistirá en rotación de la superficie de la pieza. Las texturas apreciables a simple vista, con lupas o estereoscopio óptico de las superficies de fractura en metales, serán la fibrosa, la tersa y la tersa con frotamiento.
Cuando se presenta una fractura a tracción habrá acuellamiento de la pieza y en la superficie de fractura se tendrá una zona central de textura fibrosa, la cual es la primera en formarse y tiene una orientación perpendicular
