Presentación Fractografía (V2010)

FractografFractografííaa

L. Caballero Dpto. de Ciencia de Materiales ETSIC UPM

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Cimbra

Sr. Nederlof, 7 nov. 2005 Sr. Nederlof, 7 nov. 2005

Mecanismos de Fallo• Sobrecarga• Impacto• Fatiga, “Fretting” Fatiga• Fractura Asistida por el Ambiente

Corrosión bajo tensión (SCC)Fragilización por hidrógeno (HE)Fragilización por metales líquidos (LME) Fluencia (Creep)

• Fatiga Asistida por el Ambiente (CF)Cada mecanismo suele producir una tipo de superficie

de fractura específica y, a veces, excluyente.

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Macroscópica: a ojo desnudo o bajos aumentos (lupa binocular).

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Análisis de superficies de fractura:Fractografía

Microscópica: a aumentos altos (microscopio electrónico de barrido).

Fractografía: Macroscópica

Aspecto Global

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Dúctil: gran deformación

Frágil: poca o nula deformación

Fractografía: Macroscópica

• Marcas Radiales

• Marcas en Raspa de Pez

• Líneas de Playa (nunca se cruzan)

• Labios de cortante

Detalles Típicos

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Fractografía: Macroscópica• Marcas Radiales

• Labios de cortante

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ASM Handbook 9, 1974

Fractografía: Macroscópica

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ASM Handbook 9, 1974

• Marcas Radiales• Labios de cortante

Fractografía: Macroscópica

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• Marcas en Raspa de Pez

ASM Handbook 9, 1974

Fractografía: Macroscópica• Líneas de Playa (nunca se cruzan)

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ASM Handbook 9, 1974

SiNo

Fractografía: Macroscópica• Labios de cortante

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ASM Handbook 9, 1974

Fractografía: Microscópica

Huecos (intergranulares o transgranulares)Facetas de Clivaje (transgranulares) Facetas IntergranularesEstrías Transgranulares

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Huecos (Dimples)

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Huecos (Dimples)

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K.E. Puttick, Phil. Mag. vol. 4, p. 964, 1959. H.C. Rogers, Trans. AIME, vol. 218, p. 498, 1966.

http://www.lbl.gov/ritchie/Teaching/MSE212/fractogtalk.pdf

Huecos (Dimples)

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Clivaje (Cleavage)

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Clivaje (Cleavage)

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Clivaje (Cleavage)

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http://www.lbl.gov/ritchie/Teaching/MSE212/fractogtalk.pdflow-carbon steel, Hertzberg

Formación de “River Lines”

Intergranular (idem)

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Intergranular (idem)

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Intergranular (idem)

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Se observan 3 familias de escalones de deslizamiento en las caras de los granos

Estrías de Fatiga (Fatigue Striations)

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Modelo de Laird de la formación por deformación plástica de una estría por ciclo de carga. C. Laird, ASTM STP 415.

Estrías de Fatiga (Fatigue Striations)

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Estrías de Fatiga (Fatigue Striations)

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Resumen de:

Micromecanismos de rotura

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a b c d

a. Intergranularb. Cuasiclivajec. Nucleación, crecimiento y coalescencia de huecosd. Estrías de fatiga

Relación usual entre aspectosMicro y Macro

• Fractura Macroscópicamente Dúctil: Huecos (transgranulares)

• Fractura Macroscópicamente Frágil:Huecos (intergranulares) Facetas de ClivajeFacetas IntergranularesEstrías Transgranulares

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MicroscopMicroscopíía Electra Electróónica de Barrido (SEM)nica de Barrido (SEM)

• Esquema de SEM • Interacción de electrón con átomo • Interacción de haz de electrones con sólido. Zona afectada . Emisiones• Topografía y formación de contraste• Análisis elemental puntual

Apéndice:

Esquema del SEMEsquema del SEM

K L M NK L M N

InteracciInteraccióón de Electrn de Electróón con n con ÁÁtomotomo

K L M NK L M N

K L M NK L M N K L M NK L M N

1 2

3 4

X

InteracciInteraccióón de Electrn de Electróón con n con ÁÁtomotomo

K

L

M

NK

L

M

N

Niveles energNiveles energééticos del ticos del áátomotomo

nnºº atatóómico Zmico ZE

nerg

Ene

rgíí aa

EnergEnergíía de los rayos X sega de los rayos X segúún Zn Z

InteracciInteraccióón de Haz de Electrones con Sn de Haz de Electrones con SóólidolidoZona afectada . Emisiones

Zonas de Zonas de —— electrones secundarioselectrones secundarios—— electrones elelectrones eláásticamente sticamente retrodispersadosretrodispersados—— rayos Xrayos X

Haz Haz

El tamaño de la zona afectada aumenta con la energía del haz y al disminuir el nº atómico Z del blanco

TopografTopografíía y formacia y formacióón de contrasten de contraste

Emisión que escapa según la topografía de la superficie

Imagen en la pantalla

AnAnáálisis elemental puntuallisis elemental puntual

nnºº atatóómico Zmico Z

Ene

rgE

nerg

íí aaEnergEnergíía de los rayos X sega de los rayos X segúún Zn Z

La especificidad de la energía de los rayos X emitidos por cada elemento permite identificarlo casi siempre

Espectro de una inclusión de sulfuro de manganeso.(Caballero 2000)

Valle de Pineta visto desde el BalcónL. Caballero Dpto. de Ciencia de Materiales ETSIC UPM

Fin de FractografFractografííaa