metalurgia

1. UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL POLITÉCNICA
“ANTONIO JOSÉ DE SUCRE”
VICERECTORADO DE PUERTO ORDAZ
DEPARTAMENTO DE INGENIERIA METALÚRGICA
CATEDRA DE METALURGIA MECÁNICA
ALUMNA: LUISANA LEONE
C.I:21.009.614
Puerto Ordaz, 22 de noviembre del 2019

2. INTRODUCCIÓN
Las fracturas y grietas son fallas conocidas desde que el ser humano comenzó a construir y
desarrollar productos. Para entender estos fenómenos, hace años que fueron desarrollados
conceptos y parámetros importantes tales como la tasa de liberación de energía (G)
desarrollada por el Ingeniero aeronáutico Griffith, a comienzos del siglo XX.
Sin embargo, sólo después de a 2ª Guerra Mundial se pasó a entender mejor porque los
materiales fallan y como prevenir los fallos. De este modo fue establecida el área que estudia
esos procesos mecánicos, denominándola Mecánica de la Fractura.
El análisis de las diferentes formas en las que un material puede fallar, se ha convertido en
uno de los aspectos más importantes a evaluar. La investigación en el comportamiento que
tienen los materiales bajo diferentes condiciones de trabajo, ha tenido como consecuencia el
desarrollo en diferentes áreas para tratar de resolver este problema.
El tipo de falla que presenta cualquier material está totalmente relacionada con el origen del
mismo, la falla originada por una fractura es uno de los problemas principales entre los
materiales metálicos. Una fractura se puede definir como la separación de un sólido que es
sometido a un esfuerzo en dos o más partes.

3. Aspectos Teóricos:
En general, las fracturas que sufren los materiales se pueden clasificar en dos tipos:
 Fractura Dúctil
 Fractura Frágil.
Una fractura dúctil ocurre después de que un material es sometido a una deformación
plástica excesiva, esto quiere decir que este tipo de fractura aparece en aquellos materiales
que tienen una zona de deformación plástica considerable. Este tipo de fractura se puede
reconocer por las siguientes características:
 Formación de cuello de botella en el área fracturada.
 Deformación plástica permanente.
 Elongación del material.
 Reducción del área transversal.
Otra consideración importante es que la carga máxima y la carga de fractura no es la
misma, esto se debe a que el material se deforma plásticamente alcanza su carga máxima y
después empieza a ceder hasta el punto de fracturarse. Se ha comprobado que una de las
principales causas que ocasionan que se origine este tipo de fractura son las impurezas del
material y las inclusiones que este pueda tener (carburos, óxidos, etc.).
Un ejemplo muy común de este tipo de fractura puede observarse en una prueba de tensión
realizada a una aleación de aluminio. La formación de la fractura puede definirse en tres
pasos:
 Formación del cuello de botella y concentración de esfuerzos en la parte central de
la probeta (a y b).
 Los esfuerzos provocan que el material empiece a fracturarse y al mismo tiempo la
fractura empieza a propagarse (c).
 La fractura llega a la superficie y aparece de forma total provocando la falla de la
probeta.
A continuación se muestran de manera gráfica estos pasos:

4. Fases de una Fractura.
Una fractura frágil es aquella que ocurre antes o durante el momento en el que se presenta
una deformación plástica. Este tipo de fractura se presenta principalmente en aquellos
materiales no cristalinos, en presencia de temperaturas muy bajas (cuando las temperaturas
son muy bajas no existe ningún movimiento atómico, esto evita que se presente una
deformación plástica) y en la aplicación de esfuerzos muy elevados.
La forma en la que se presenta una fractura frágil se puede definir en dos pasos:
 Inicio de la fractura a nivel intragranular.
 Propagación de la fractura.

5. Para iniciar una fractura a nivel intragranular, es necesario desarrollar un esfuerzo normal en
un área determinada de un par de planos cristalinos, este esfuerzo debe ser mayor a la
resistencia de adhesión de los planos. Diferentes teorías muestran que el esfuerzo que se
requiere es mayor a 106 psi en el caso de que no se presenta ninguna concentración de
esfuerzos en el material. En algunos casos este esfuerzo se puede generar mediante la
presencia de una deformación plástica.
Existen dos condiciones para que el esfuerzo intragranular aparezca por medio de una
deformación plástica:
 Las dislocaciones provocadas por la deformación deben de interactuar entre si para
generar largas concentraciones de esfuerzos.
Existe sin embargo considerable confusión respecto de la manera de diferenciar entre
ambos tipos de fractura. Esto obedece fundamentalmente a que en general se tiende a
considerar el proceso global de deformación que conduce al fenómeno de fractura. Ahora
bien, un metal puede fallar por clivaje, que es un proceso de fractura frágil, luego de una
deformación macroscópica importante. Del mismo modo, es posible tener en un metal una
deformación plástica global despreciable, que finalmente falla de manera dúctil.
La confusión se reduce si en lugar de considerar el proceso global de deformación que
precede a la fractura, se tiene en cuenta la deformación localizada en el material que rodea
al vértice de la fisura durante la propagación de la misma. De este modo, la fractura frágil es
aquella en la cual la fisura se propaga con muy poca deformación plástica en su vértice,
mientras que la fractura dúctil es aquella que progresa como consecuencia de una intensa
deformación plástica asociada al extremo de la fisura.
Si bien la diferenciación anterior es de gran importancia conceptual, desde el punto de vista
ingenieril es también importante caracterizar el proceso de fractura según que el mismo se
produzca de manera rápida o lenta. De este modo, la fractura rápida se caracteriza por la
propagación inestable de una fisura en una estructura. En otras palabras, una vez que la
fisura comienza a crecer, el sistema de cargas es tal que produce una propagación acelerada
de aquella. Este tipo de fractura rápida puede o no ser precedida por una extensión lenta de
la fisura. La característica de este tipo de fractura lenta es una propagación estable que
requiere para su mantenimiento un incremento continuo de las cargas aplicadas.

6. Análisis Fotográfico.
Este tipo de análisis tiene como objetivo principal identificar el tipo de fractura que se
presentó en los materiales. A continuación se muestran las fotografías de la fractura en la
prueba.
Marcas de playa.
Determinan el origende la grieta

7. Se observa una parte de una probeta sometida a una prueba de tensión, la fractura se
presenta sobre uno de los barrenos con los que cuenta la probeta y observamos el
comportamiento de una fractura frágil. En el origen de la falla, hay presencia de marcas de
chevron, un indicativo de este mecanismo de fractura.
El orificio que se ve en el medio es un concentrador de fuerza, por lo tanto la pieza termina
de fracturar por esta zona o existe una mayor probabilidad de fractura y se propaga la
grieta. Las deformaciones y cambios posteriores en la pieza son inherentes a la falla, se
dieron cuando ya estaba debilitada.
Según el tamaño de las marcas de playa, los ciclos de fuerza fueron muy grandes, por eso
no se expanden en gran forma.

8. Conclusiones
Se puede definir a la Fractura como la culminación del proceso de deformación
plástica. En general, se manifiesta como la separación o fragmentación de un cuerpo sólido
en dos o más partes bajo la acción de un dado estado de cargas.
Las evaluaciones clásicas de mecánica de la fractura proceden de grietas las cuales han sido
encontradas o postulan los tamaños máximos de grietas concebibles. Las propiedades de
mecánica de la fractura se dispersan fuertemente y reaccionan sensiblemente a distintos
parámetros tecnológicos. El daño del material y la propagación de grietas debido a fatiga, o
la influencia del medio son procesos estocásticos; por lo tanto, la Mecánica de Fractura
representa la aproximación más apropiada para el análisis de falla de cualquier pieza.
En la práctica, todas las estructuras ingenieriles contienen fisuras, o defectos tipo fisuras a
alguna escala, en la mayoría de los casos detectables por medio de ensayos no destructivos.
Los ensayos revelan algún defecto; como en general la estructura o pieza se ha estado
comportando satisfactoriamente, se produce la discusión si el defecto deberá ser reparado o
no. La situación se complica cuando se sabe, o se sospecha, que el defecto puede crecer
lentamente por fatiga o por acción del medio ambiente. Además, es conocido que cuando
existen ciertas condiciones, se puede producir una fractura frágil inestable a niveles de
tensión bien por debajo del límite de diseño elástico (por ejemplo: bajas temperaturas de
servicio, defectos de soldadura, etc.)
El conocimiento de la mecánica de fractura mejora las condiciones de diseño donde los
efectos de los defectos y las condiciones de operación son explícitamente tomados en
cuenta para reducir las consecuencias de una posible fractura.
La mecánica de fractura considera el efecto de los defectos semejantes a fisuras (tanto en
micro como en macro escala) sobre la integridad estructural. Se basa en la suposición de
que fisuras o defectos semejantes a fisuras están inicialmente presentes, o podrían
desarrollarse durante el servicio.

9. Referencias Bibliográficas
 “The Practical Use of Fracture Mechanics”
David Broek – Kluwer Academic Publishers – 1994
 Apuntes del curso: “Análisis de Falla” CITEFA – 2003
 “Ciencias de los materiales e Ingenieria” sexta edición
Askeland, Donald R