¿Qué es la fractura del material? – Mecánica de la fractura – Definición

Una fractura es la separación de un objeto o material en dos o más piezas bajo la acción de la tensión. Los ingenieros deben comprender los mecanismos de fractura. Hay fracturas (p. Ej., Fractura frágil ), que ocurren en condiciones específicas sin previo aviso y pueden causar daños importantes a los materiales. La fractura frágil ocurre repentina y catastróficamente sin previo aviso. Esto es una consecuencia de la propagación espontánea y rápida de grietas.. Sin embargo, para la fractura dúctil, la presencia de deformación plástica advierte que la falla es inminente, lo que permite tomar medidas preventivas. El estudio de la mecánica de las fracturas puede ayudar a comprender en detalle cómo se producen las fracturas en los materiales .

En la prueba de tracción, el punto de fractura es el punto de deformación donde el material se separa físicamente. En este punto, la deformación alcanza su valor máximo y el material realmente se fractura, aunque la tensión correspondiente puede ser menor que la resistencia última en este punto. Los materiales dúctiles tienen una resistencia a la fractura menor que la resistencia máxima a la tracción.(UTS), mientras que en materiales frágiles la resistencia a la fractura es equivalente a la UTS. Si un material dúctil alcanza su máxima resistencia a la tracción en una situación de carga controlada, continuará deformándose, sin aplicación de carga adicional, hasta que se rompa. Sin embargo, si la carga está controlada por desplazamiento, la deformación del material puede aliviar la carga, evitando la ruptura. Es posible distinguir algunas características comunes entre las curvas de tensión-deformación de varios grupos de materiales. Sobre esta base, es posible dividir los materiales en dos categorías amplias; a saber:

• Materiales dúctiles . La ductilidad es la capacidad de un material para alargarse en tensión. El material dúctil se deformará (alargará) más que el material quebradizo. Los materiales dúctiles muestran una gran deformación antes de la fractura. En la fractura dúctil , se produce una deformación plástica extensa (estrechamiento) antes de la fractura. Fractura dúctil(fractura por cizallamiento) es mejor que la fractura frágil, porque hay una propagación lenta y una absorción de una gran cantidad de energía antes de la fractura. Cualquier proceso de fractura implica dos pasos, formación y propagación de grietas, en respuesta a una tensión impuesta. El modo de fractura depende en gran medida del mecanismo de propagación de la fisura. Se dice que las grietas en los materiales dúctiles son estables (es decir, resisten la extensión sin aumentar la tensión aplicada). Para materiales frágiles, las grietas son inestables. Eso significa que la propagación de grietas, una vez iniciada, continúa espontáneamente sin un aumento en el nivel de estrés. La ductilidad es deseable en las aplicaciones de alta temperatura y alta presión en plantas de reactores debido a las tensiones añadidas sobre los metales. La alta ductilidad en estas aplicaciones ayuda a prevenir la fractura por fragilidad.
• Materiales frágiles . Los materiales frágiles, cuando se someten a tensiones, se rompen con poca deformación elástica y sin deformaciones plásticas significativas. Los materiales frágiles absorben relativamente poca energía antes de la fractura, incluso los de alta resistencia. En la fractura frágil ( hendidura transgranular ), no se produce una deformación plástica aparente antes de la fractura. En cristalografía, la escisión es la tendencia de los materiales cristalinos a dividirse a lo largo de planos estructurales cristalográficos definidos. Cualquier proceso de fractura implica dos pasos, formación y propagación de grietas , en respuesta a una tensión impuesta. El modo de fractura depende en gran medida del mecanismo de propagación de la grieta. Para materiales frágiles ,las grietas son inestables . Eso significa que la propagación de grietas, una vez iniciada, continúa espontáneamente sin un aumento en el nivel de estrés. Las grietas se propagan rápidamente (velocidad del sonido) y ocurren a altas velocidades, hasta 2133,6 m / s en acero. Cabe señalar que un tamaño de grano más pequeño , una temperatura más alta y una tensión más baja tienden a mitigar la iniciación de grietas. El tamaño de grano más grande, las temperaturas más bajas y la tensión más alta tienden a favorecer la propagación de grietas. Existe un nivel de tensión por debajo del cual una grieta no se propagará a ninguna temperatura. Esto se denomina estrés de propagación de fractura más bajo. Para la fractura frágil, la superficie de la fractura es relativamente plana y perpendicular a la dirección de la carga de tracción aplicada. En general, la fractura frágil requiere tres condiciones:
  • Defecto como una grieta
  • Esfuerzo suficiente para desarrollar una pequeña deformación en la punta de la grieta.
  • Temperatura en o por debajo de DBTT

Ver también: Temperatura de transición dúctil-frágil

Ver también: Agrietamiento por corrosión bajo tensión

Ver también: fragilización por hidrógeno

1. Departamento de Energía de EE. UU., Ciencia de Materiales. DOE Fundamentals Handbook, Volumen 1 y 2. Enero de 1993.
2. Departamento de Energía de EE. UU., Ciencia de Materiales. DOE Fundamentals Handbook, Volumen 2 y 2. Enero de 1993.
3. William D. Callister, David G. Rethwisch. Ciencia e Ingeniería de Materiales: Introducción 9ª Edición, Wiley; 9a edición (4 de diciembre de 2013), ISBN-13: 978-1118324578.
4. Eberhart, Mark (2003). Por qué se rompen las cosas: comprender el mundo a través de la forma en que se desmorona. Armonía. ISBN 978-1-4000-4760-4.
5. Gaskell, David R. (1995). Introducción a la Termodinámica de Materiales (4ª ed.). Taylor y Francis Publishing. ISBN 978-1-56032-992-3.
6. González-Viñas, W. y Mancini, HL (2004). Introducción a la ciencia de los materiales. Prensa de la Universidad de Princeton. ISBN 978-0-691-07097-1.
7. Ashby, Michael; Hugh Shercliff; David Cebon (2007). Materiales: ingeniería, ciencia, procesamiento y diseño (1ª ed.). Butterworth-Heinemann. ISBN 978-0-7506-8391-3.
8. JR Lamarsh, AJ Baratta, Introducción a la ingeniería nuclear, 3d ed., Prentice-Hall, 2001, ISBN: 0-201-82498-1.

Véase más arriba:

Dureza