Mecanismos de Fractura

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FRACTURA DÚCTIL

El tipo de fractura dúctil más conocido es la sobrecarga en tensión, que produce la clásica geometría de copa-cono.Después que se ha alcanzado la carga máxima la elongación plástica se hace inhomogénea y se concentra en pequeñas porciones o discontinuidades del especímen.

En metales extremadamente puros, los cuales están virtualmente libre de partículas de segunda fase, es posible para la deformación plástica, involucrar planos de deslizamiento que prosiguen hasta alcanzar un 100% de reducción de área siguiendo un patrón de encuellamiento “en punta aguda”.

Tal falla es una consecuencia geométrica de la deformación por deslizamiento.

FRACTURA DÚCTIL

Falla por deformación pura cizallante (deslizamiento) en un metal puro.

DESLIZAMIENTO

Orientación de planos de deslizamiento en un cristal, a) Previo a la deformación; b) Después de la deformación sin restricción de mordaza, donde los planos se mueven relativos unos a otros sin rotación; c) Después de la deformación con restricción de mordaza, revelando rotación de los planos de deslizamiento en la zona calibrada.

FRACTURA DÚCTIL

Monocristales de cobre puro fracturado en corte o cizallamiento puro.

FRACTURA DÚCTIL

Los materiales Ingenieriles siempre contienen una gran cantidad de partículas de segunda fase. Se pueden distinguir tres tipos de partículas:

1) Partículas Grandes: son visibles bajo el Microscopio Optico. Su tamaño varía 1-20µm. Son compuestos complejos de los elementos aleantes. No son esenciales para la resistencia del material.

2) Partículas Intermedias: Son solamente visibles por medio de microscopía electrónica, su tamaño oscila entre los 500-5000 Angstrom. En algunos casos son esenciales para las propiedades del material, y son denominadas Inclusiones.

3) Partículas de Precipitados: en ciertos casos son visibles por medio del microscopio electrónico, su tamaño es del orden de 50-500 Angstroms. Son desarrollados por tratamientos térmicos de solución y envejecimiento y sirven para dar a la aleación la resistencia a la fluencia requerida.

Las Partículas Grandes: son con frecuencia muy frágiles y no pueden disipar o acomodar la deformación plástica de la matriz circundante. Como resultado de esto, ellas fallan tempranamente, cuando la matriz apenas ha experimentado una pequeña cantidad de deformación plástica. Esto produce la formación de microcavidades grandes , las cuales pueden ser observadas por microscopía óptica.

En las figuras siguientes, se aprecian varias etapas de este proceso:

Agrietamiento de partículas grandes en una aleación Al-Cu-Mg. a) 3% de deformación; b) 6% de deformación; c) 14% de deformación; D) 25% de deformación. Nótese el desarrollo de agrietamiento en N Q P.

Las evidencias experimentales indican que los agujeros o cavidades se inician por efecto de las partículas grandes a deformaciones pequeñas del orden de unos pocos por ciento, mientras que la fractura final toma lugar a deformaciones mayores del orden del 25%. De esta manera las INCLUSIONES GRANDES visibles en el microscopio óptico no son esenciales para el proceso de fractura, aunque ellas decrecen la ductilidad del material.

En el proceso de fractura, ellas causan un efecto de concentración de esfuerzos dando lugar a un incremento localizado de la deformación, lo cual en ausencia de partículas más pequeñas podría significar una deformación general en el volúmen del material. Esto implica que las INCLUSIONES GRANDES pueden determinar el instante y la localización de la fractura dúctil, más NO juegan un papel significante en el proceso de fractura dúctil mismo.

La Fractura es finalmente inducida por las mucho más pequeñas PARTÍCULAS INTERMEDIAS del orden de los submicrones.

Debido a que estas partículas no pueden deformarse tan fácilmente como la matriz, pierden coherencia con la matriz cuando toma lugar un proceso extenso de deformación plástica en su vecindad. De esta forma se forman pequeños agujeros, los cuales crecen por deslizamiento: el material entre los agujeros se encuella un 100%, esto ocurre a una microescala y el valor de la elongación total resultante permanece bajo.

El mecanismo de iniciación, crecimiento y coalescencia de microhuecos da lugar a patrones fractográficos característicos.

Cuando se observan al Microscopio Electrónico la superficie de fractura consiste de pequeñas cavidades las cuales representan la coalescencia de los microhoyuelos. En la mayor parte de las cavidades puede reconocerse la partícula que ha iniciado el agujero.

Microhoyuelos (dimples) observados en Microscopía Electrónica de Barrido (derecha) y en Microscopía Electrónica de Transmisión (izquierda).

Microhoyuelos (dimples) equiaxiales observados en Microscopía Electrónica de Barrido (izquierda) y Microhoyuelos (dimples) ovalados en Microscopía Electrónica de Transmisión (derecha).

Microhoyuuelos (dimples) iniciados en partículas de tamaño intermedio (señaladas por las flechas) en una aleación de Aluminio.

Los Microhoyuelos siempre tienen una forma irregular, debido a la formación de agujeros al azar; sin embargo pueden dividirse a –grosso modo- en dos categorías de acuerdo a su forma aparente como: microhoyuelos equiaxiales y parabólicos u ovalados. La forma en que ellos aparecen en el microscopio depende del sistema de esfuerzos que estuvo activo durante su formación y del ángulo de observación.

Los microhoyuelos equiaxiales se forman si los esfuerzos son predominantemente de tensión y los microhoyuelos elongados ocurren en los modos de cizallamiento y desgarre.

la Fractura Dúctil no puede ocurrir sin deformación plástica. El mecanismo de la separación final es una consecuencia directa del movimiento de dislocaciones y del dezplazamiento por deslizamiento necesario para el crecimiento y coalescencia de los microhoyuelos. Aparte del esfuerzo requerido para inducir el movimiento de las dislocaciones, una cierta deformación plástica es requerida para que ocurre la separación dúctil. Esta deformación plástica puede estar confinada a un pequeño volúmen de material a través del cual ocurre la fractura.

FRACTURA FRÁGIL CLIVAJE

TENACIDAD es el término utilizado para describir la habilidad de un material para deformarse plásticamente y para absorber energía antes y durante la ruptura. Los adjetivos “FRAGIL” y “DÚCTIL” son utilizados para distinguir fallas o modos de fractura caracterizados por baja y alta TENACIDAD.

La fractura por CLIVAJE es la forma más FRAGIL de fractura que puede ocurrir en un material cristalino.

Las fracturas frágiles por CLIVAJE en Barcos, Puentes y Tanques (5) han hecho notorio este tipo de fallas.

La probabilidad de hallar fractura por CLIVAJE se incrementa a medida que la temperatura es mas baja y la velocidad de deformación es más elevada, tal como es ilustrado por el bien conocido comportamiento de transición dúctil-frágil de los aceros, ilustrado por la figura siguiente:

Por debajo de la temperatura de transición, la fractura requiere muy poca energía y el acero se comporta frágilmente.

Microhoyuuelos (dimples) iniciados en partículas de tamaño intermedio (señaladas por las flechas) en una aleación de Aluminio.

Los Microhoyuelos siempre tienen una forma irregular, debido a la formación de agujeros al azar; sin embargo pueden dividirse a –grosso modo- en dos categorías de acuerdo a su forma aparente como: microhoyuelos equiaxiales y parabólicos u ovalados. La forma en que ellos aparecen en el microscopio depende del sistema de esfuerzos que estuvo activo durante su formación y del ángulo de observación.

Los microhoyuelos equiaxiales se forman si los esfuerzos son predominantemente de tensión y los microhoyuelos elongados ocurren en los modos de cizallamiento y desgarre.

la Fractura Dúctil no puede ocurrir sin deformación plástica. El mecanismo de la separación final es una consecuencia directa del movimiento de dislocaciones y del dezplazamiento por deslizamiento necesario para el crecimiento y coalescencia de los microhoyuelos. Aparte del esfuerzo requerido para inducir el movimiento de las dislocaciones, una cierta deformación plástica es requerida para que ocurre la separación dúctil. Esta deformación plástica puede estar confinada a un pequeño volúmen de material a través del cual ocurre la fractura.

FRACTURA FRÁGIL CLIVAJE

TENACIDAD es el término utilizado para describir la habilidad de un material para deformarse plásticamente y para absorber energía antes y durante la ruptura. Los adjetivos “FRAGIL” y “DÚCTIL” son utilizados para distinguir fallas o modos de fractura caracterizados por baja y alta TENACIDAD.

La fractura por CLIVAJE es la forma más FRAGIL de fractura que puede ocurrir en un material cristalino.

Las fracturas frágiles por CLIVAJE en Barcos, Puentes y Tanques (5) han hecho notorio este tipo de fallas.

La probabilidad de hallar fractura por CLIVAJE se incrementa a medida que la temperatura es mas baja y la velocidad de deformación es más elevada, tal como es ilustrado por el bien conocido comportamiento de transición dúctil-frágil de los aceros, ilustrado por la figura siguiente:

Por debajo de la temperatura de transición, la fractura requiere muy poca energía y el acero se comporta frágilmente.

Agrietamiento por FATIGABajo la acción de cargas cíclicas se pueden iniciar grietas como resultado de la deformación plástica cíclica. Aún cuando los esfuerzos nominales estén bien por debajo del límite elástico, lo esfuerzos locales pueden alcanzar la fluencia debido a la concentración de esfuerzos en inclusiones o en entallas mecánicas. Consecuentemente la deformación plástica ocurre localmente a niveles de microescala, pero insuficiente aún para mostrarse a nivel ingenieril.

Se han propuesto varios modelos para explicar la iniciación de grietas de FATIGA por deformación plástica localizada. En la figura se ilustra el modelo de Wood (6).

Agrietamiento por FATIGADurante la etapa de aumento de carga del ciclo, ocurre deslizamiento en un plano favorable de deslizamiento. En la etapa de disminución de la carga, tiene lugar un deslizamiento en la dirección reversa en un plano paralelo de deslizamiento debido a que el deslizamiento sobre el primer plano se inhibe por efectos de endurecimiento por deformación y oxidación de la nueva superficie creada. Este primer deslizamiento cíclico puede originar una EXTRUSIÓN o una INTRUSIÓN en la superficie del metal. Una INTRUSIÓN puede crecer y convertirse en grieta al continuar el flujo plástico en los ciclos subsiguientes.

Agrietamiento por FATIGAEn la figura siguiente puede observarse un ejemplo de un agrietamiento de FATIGA causado por deslizamiento cíclico:

Una grieta de FATIGA una vez iniciada, también puede crecer por un mecanismo de deslizamiento reverso.

En la figura se muestran varias etapas del crecimiento de una grieta de FATIGA. Una grieta aguda en un campo tensional causa una gran concentración de esfuerzos en su punta, donde el deslizamiento ocurre fácilmente. El material por encima de la grieta (etapas 1 y 2) puede deslizar a lo largo de un plano de deslizamiento favorable en la dirección del máximo esfuerzo cizallante. Debido a este deslizamiento, la grieta se abre, y se extiende en longitud. Ahora el deslizamiento puede ocurrir en otro plano (etapa 3). El endurecimiento por deformación y los esfuerzos incrementantes finalmente activarán otros planos paralelos de deslizamiento, lo cual lleva al despunte de la punta de la grieta (etapa 4). Durante la etapa de incremento de la carga del ciclo la grieta se ha propagado una distancia . Ha ocurrido deformación plástica en una pequeña región rodeada de alrededores elásticos. Durante la liberación de la carga, los alrededores elásticos se contraerán y la región deformada plásticamente, la cual se ha vuelto demasiado grande, no se ajusta ya en su entorno. A fin de que esto se ajuste, el material elástico ejercerá esfuerzos compresivos sobre la región plástica durante la etapa de disminución de la carga del ciclo. Estos esfuerzos compresivos estarán por encima del esfuerzo de fluencia, al menos en la punta de la grieta. Esto significa que ocurre deformación plástica reversa, la cual cerrará y reafilará la punta de la grieta como muestra la etapa 5 de la figura.

a

Agrietamiento por FATIGALos ciclos de apertura y cierre de la grieta (etapas 1-5 y 6-7) desarrollarán un típico patrón de ondas, añadiendo cada nuevo ciclo una nueva onda. Esta patrón ondulado es denominado ESTRIACIONES DE FATIGA. En la figura siguiente, se muestran estas ESTRIACIONES formadas en una aleación comercial de Al-Cu-Mg:

Microfractografía de M.E.T de Estriaciones de Fatiga.

Agrietamiento por FATIGA

El modelo de formación de ESTRIACIONES dado en la figura anterior es una representación general del modelo de despunte y reafilamiento de la grieta; es una síntesis de varios modelos propuestos en la literatura (7-13) y puede dar una apreciación suficiente del mecanismo de crecimiento de una grieta de FATIGA como base para el estudio de los principios de la Mecánica de Fractura . Un modelo mas detallado con apreciaciones cuantitativas es el propuesto por Neumann (13).

En el crecimiento de grietas de FATIGA también puede involucrarse algunas veces un mecanismo de CLIVAJE , dando lugar a la formación de ESTRIACIONES frágiles opuestas a las ESTRIACIONES dúctiles ya discutidas.

Las ESTRIACIONES representan la posición sucesiva del frente de grieta durante la propagación. Esto puede deducirse de la figura siguiente, demostrando una microfractografía M.E.T de un especimen de ensayo que fue sometido a un ensayo de Fatiga programado que consistió en 5 ciclos de 6 Kg/mm2 seguido de 1 ciclo de 7 kg/mm2, repetido secuencialmente durante todo el ensayo.

La Historia de carga puede ser fácilmente reconocida en la fotografía M.E.T, paquetes de 5 Estriaciones finas interdispersas entre Estriaciones más anchas correspondientes a los ciclos de mayor amplitud. Esto prueba que una Estriación es formada en un ciclo y que el espaciamiento de las Estriaciones es una medida de la velocidad de propagación de la grieta por ciclo. De esta foto puede deducirse que la velocidad de crecimiento de la grieta debe haber sido del orden de 0,2 micrones/ciclo. Esta información provee un medio de determinar velocidades de propagación de fallas en servicio.

Las aleaciones de Aluminio y otras aleaciones muestran normalmente excelentes Estriaciones de Fatiga. La formación de Estriaciones regulares requiere la posibilidad de deformación plástica del material en la punta de la grieta para responder a las demandas del frente de grieta en avance. Las Estriaciones deben tener una cierta longitud para que ellas puedan ser reconocidas durante las observaciones. Las posibilidades de deformación deberían asegurar similitud de deformación a una cierta distancia del frente de grieta, de otra manera las ondas no obtienen una apariencia regular y no se forma el patrón regular de Estriaciones. En materiales con posibilidades limitadas de deformación las Estriaciones se definen pobremente y están confinadas a unos pocos granos favorablemente orientados o no se desarrollan.

La formación de Estriaciones regulares, requiere:a. Muchos sistemas de deslizamiento disponibles y fácil deslizamiento

cruzado para acomodar el frente de grieta (usualmente curvo) y facilitar la continuidad de este frente a través de los granos adyacentes.

b. Preferiblemente mas de un posible plano cristalográfico para el crecimiento de grieta.

Si estos requerimientos son satisfechos, el deslizamiento que ocurre durante la abertura y cerramiento de la grieta pueden ajustar las condiciones del frente de grieta formando Estriaciones bien formadas y definidas. Este es aparentemente el caso de las Aleaciones de Aluminio. Si los requerimientos anteriores no son totalmente satisfechos, el deslizamiento será irregular y no se desarrollan las Estriaciones finas periódicas. La orientación de un grano particular podría ser apropiada para la generación de Estriaciones regulares, pero las posibilidades limitadas para el deslizamiento inhiben la formación de Estriaciones en una longitud a lo largo del frente de grieta en los granos adyacentes en otras orientaciones. En tales casos se observarán Estriaciones pobremente definidas en pocos granos aislados con débiles marcas de deslizamiento en los granos vecinos. Excepcionalmente si la deformación es confinada a la región de límites de grano, la fractura por Fatiga podría ser aún intergranular.

Agrietamiento por FATIGA

Estriaciones de Fatiga pobremente definidas en Acero de alta resistencia y baja aleación

Agrietamiento por FATIGA

Grieta Intergranular de Fatiga en Acero de alta resistencia y baja aleación.

En un sentido cuantitativo, Forsyth y Rider (19) dieron evidencias críticas de que cada estriación representa el avance incremental del frente de grieta como resultado de un ciclo de carga y que la extensión de este avance varía con el rango de esfuerzo. Esto está claramente evidenciado en las figuras, mostrando la de la izquierda la estriaciones de anchos diferentes como resultado de un patrón de cargas al azar, mientras que la de la derecha muestra estriaciones con la misma separación, producto de un espectro de cargas regular.

Agrietamiento por FATIGA

Aunque las estriaciones dan evidencia de que el daño por Fatiga fue acumulado por el componente durante su vida en servicio, la propagación de las grietas de Fatiga puede ocurrir sin su formación.

Usualmente, la coalescencia de microhuecos ocurre a altos niveles de y una fractura facetada similar a la de clivaje domina en muchos materiales a bajos niveles de . Se observa también generalmente que la densidad relativa de estriaciones a valores intermedios de parecen variar con el estado de esfuerzo y el contenido de aleación.

Las estriaciones de Fatiga pueden tomar muchas formas diferentes, tales como las estriaciones altamente tridimensionales o las muy planas presentadas en la figura siguiente:

KK

K

No está absolutamente claro el por qué de estas morfologías diferentes, pero ellas se asocian frecuentemente con el ambiente presente durante la propagación de la grieta. Las estriaciones de Fatiga son relativamente planas y asumen una apariencia similar a una fractura por Clivaje cuando se forman en un medio agresivo, mientras que tienden a aparecer mas dúctiles cuando se forman en un medio inerte. Otro factor que definitivamente afecta su morfología es la exposición a atmósferas oxidantes o corrosivas, por ejemplo las estriaciones pueden ser totalmente inhibidas como resultado de la exposición a temperaturas elevadas o medios oxidantes. Aún a temperatura ambiente, las estriaciones de Fatiga se convierten mas dificultosas de detectar con el tiempo, como resultado de esto la cantidad y calidad de la información fractográfica a ser obtenida de una fractura disminuye con el tiempo, particularmente en el caso de aleaciones férreas. Los detalles fractográficos permanecen mas tiempo en aleaciones de aluminio debido a la naturaleza autoprotectora de la capa de oxido de aluminio que se genera rápidamente sobre la superficie de fractura.

Debe tenerse en cuenta que aún cuando se espera que en algún caso se formen estriaciones de Fatiga, no siempre se definen claramente, debido a factores varios relacionados con factores del medio o efectos metalúrgicos como el nivel del , tal como se ilustra en la figura siguiente:

K

Correlación de las Estriaciones de Fatiga con los Espectros de Esfuerzos

Correlación de las Estriaciones de Fatiga con los Espectros de Esfuerzos

Correlación de las Estriaciones de Fatiga con los Espectros de Esfuerzos

Se ha obtenido una gran información de la medición de las Estriaciones de Fatiga. Debido a que las Estriaciones representan la posición del frente de grieta después de cada ciclo de carga, su espaciamiento o ancho puede utilizarse para medir la velocidad del Frente de Grieta Propagante en cualquier posición dada de la superficie de fractura.

Se han establecido correlaciones entre la velocidad de propagación determinada por métodos ópticos y la velocidad de crecimiento microscópica determinada a partir del ancho de las estriaciones individuales, para un cierto nivel del FIE.

Este tipo de correlaciones se ilustra en la figura siguiente:

Correlación de las Estriaciones de Fatiga con el Factor de Intensidad de Esfuerzos

Correlación de las Estriaciones de Fatiga con el Factor de Intensidad de Esfuerzos

El valor prevaleciente del FIE también puede determinarse a partir de la expresión empírica

de Bates y Clark:

2

6..

E

KEstriacEspac

Adicionalmente se han obtenido correlaciones entre el espaciamiento de las estriaciones y el FIE para un número de materiales:

Correlación de las Estriaciones de Fatiga con el Factor de Intensidad de Esfuerzos

Correlación de las Estriaciones de Fatiga con los Espectros de Esfuerzos

Ejemplo de aplicación:

Después de un cierto período de servicio, un panel de 15 cm de ancho de aleaciónd de Aluminio 2024-T3 se le encontró una grieta de borde de 5 cm de longitud, orientada normal a la dirección del esfuerzo. Se halló que la grieta se había nucleado a partir de un pequeño defecto pre-existente en el borde del panel. Se analizó la magnitud de los Esfuerzos Cíclicos, determinándose un valor menor del 20% del valor de Fluencia, aproximadamente igual 345 Mpa, distribuído uniformemente a lo largo del plano de la grieta. Debido a que la grieta alcanzó proporciones riesgosas, el panel fue removido del servicio y examinado fractográficamente. Se determinó un ancho promedio de estriaciones de 10-4mm y 10-3mm a distancias de 1,5 y 3 cms respectivamente.

Se quiere determinar con esta información, si la falla prematura ¿fue causada por la existencia del defecto superficial? o ¿si estuvo relacionada con niveles de esfuerzo cíclico mucho mas elevados que los originalmente estimados.?

Correlación de las Estriaciones de Fatiga con el Factor de Intensidad de Esfuerzos

Ejemplo de aplicación:

Para esta configuración, el FIE puede venir dado por esta figura:

Correlación de las Estriaciones de Fatiga con el Factor de Intensidad de Esfuerzos

aYK

aYK

En el caso de especímenes pulidos y de buen acabado superficial, las inclusiones son sitios de concentración de esfuerzos. En tales sitios puede ocurrir la requerida deformación plástica y en la literatura existen reportes de estos casos (14-16). Si en el componente existen entallas o concentradores mecánicos puede esperarse que tales partículas no son estrictamente requeridas para la iniciación de la grieta, debido a que la concentración de esfuerzos adicional debido a las partículas es de importancia limitada.Por la misma razón se esperaría que las partículas tendrían poca influencia sobre la propagación de grietas de Fatiga. A velocidades bajas de crecimiento o propagación, su influencia es muy limitada (17,18). La figura dada a continuación muestra el efecto de una partícula grande, la cual permaneció intacta hasta que el frente de grieta se aproximó muy cercanamente, permaneciendo recta la última Estriación antes de la partícula. En ese momento la partícula Clivó, como puede concluírse del patrón de río presente en su superficie, debido a este clivaje la grieta tuvo un frente de avance más lento, como puede apreciarse del espaciamiento menor de las Estriaciones en frente de la partícula.

Efecto de las Inclusiones y partículas de segunda fase en el Agrietamiento por FATIGA

El espaciamiento de las Estriaciones en –A- sugiere un ligero incremento de la velocidad de propagación de solo unos pocos ciclos debido a este frente de grietas avanzante. El espaciamiento de las Estriaciones en –B- indican que el incremento de la velocidad de propagación ocurrió más tardíamente al lado derecho de la partícula. Aunque la partícula claramente afectó la propagación local de la grieta, la velocidad total de crecimiento de la grieta no fue apreciablemente afectada, tal como puede apreciarse del espaciamiento muy consistente del resto de las Estriaciones.

La situación es completamente diferente a velocidades de propagación elevadas, (17) (en el orden de 1 micron por ciclo y mayores). Altas velocidades de crecimiento son el resultado de alta intensidad de esfuerzos en la punta de la grieta (grieta grande o cargas elevadas). Debido a la mayor concentración de esfuerzos, las partículas en el frente de la punta de la grieta pueden clivar o perder coherencia con la matriz, iniciando un hueco (grande). El material remanente entre el hueco y la punta de la grieta pueden ahora experimentar ruptura por desgarre dúctil, produciendo un salto local del frente de grieta. Esto es obvio en la figura siguiente donde el área con microhoyuelos es una evidencia de un mecanismo de coalescencia de huecos durante la ruptura dúctil.A estas altas velocidades de propagación el efecto de las inclusiones no puede ser despreciado. A velocidades aún mayores de propagación las Estriaciones se hacen muy raras y la superficie de fractura consiste primariamente de microhoyuelos, pudiendo concluírse que la velocidad de crecimiento podría haber sido mucho mas pequeña en la ausencia de inclusiones.

Efecto de las Inclusiones y partículas de segunda fase en el Agrietamiento por FATIGA

Microhoyuelos alrededor de partículas grandes agrietadas entre Estriaciones de Fatiga, a elevadas velocidades de crecimiento de grieta en una Aleación de Aluminio.

Agrietamiento por FATIGA

Iniciáción prematura de huecos en partículas de tamaño intermedio.

Fractografías de Luz Intergranular

Ejemplo de aplicación:

Para esta configuración, el FIE puede venir dado por esta figura:

Correlación de las Estriaciones de Fatiga con el Factor de Intensidad de Esfuerzos

aYK

aYK

En el caso de especímenes pulidos y de buen acabado superficial, las inclusiones son sitios de concentración de esfuerzos. En tales sitios puede ocurrir la requerida deformación plástica y en la literatura existen reportes de estos casos (14-16). Si en el componente existen entallas o concentradores mecánicos puede esperarse que tales partículas no son estrictamente requeridas para la iniciación de la grieta, debido a que la concentración de esfuerzos adicional debido a las partículas es de importancia limitada.Por la misma razón se esperaría que las partículas tendrían poca influencia sobre la propagación de grietas de Fatiga. A velocidades bajas de crecimiento o propagación, su influencia es muy limitada (17,18). La figura dada a continuación muestra el efecto de una partícula grande, la cual permaneció intacta hasta que el frente de grieta se aproximó muy cercanamente, permaneciendo recta la última Estriación antes de la partícula. En ese momento la partícula Clivó, como puede concluírse del patrón de río presente en su superficie, debido a este clivaje la grieta tuvo un frente de avance más lento, como puede apreciarse del espaciamiento menor de las Estriaciones en frente de la partícula.

Efecto de las Inclusiones y partículas de segunda fase en el Agrietamiento por FATIGA

El espaciamiento de las Estriaciones en –A- sugiere un ligero incremento de la velocidad de propagación de solo unos pocos ciclos debido a este frente de grietas avanzante. El espaciamiento de las Estriaciones en –B- indican que el incremento de la velocidad de propagación ocurrió más tardíamente al lado derecho de la partícula. Aunque la partícula claramente afectó la propagación local de la grieta, la velocidad total de crecimiento de la grieta no fue apreciablemente afectada, tal como puede apreciarse del espaciamiento muy consistente del resto de las Estriaciones.

La situación es completamente diferente a velocidades de propagación elevadas, (17) (en el orden de 1 micron por ciclo y mayores). Altas velocidades de crecimiento son el resultado de alta intensidad de esfuerzos en la punta de la grieta (grieta grande o cargas elevadas). Debido a la mayor concentración de esfuerzos, las partículas en el frente de la punta de la grieta pueden clivar o perder coherencia con la matriz, iniciando un hueco (grande). El material remanente entre el hueco y la punta de la grieta pueden ahora experimentar ruptura por desgarre dúctil, produciendo un salto local del frente de grieta. Esto es obvio en la figura siguiente donde el área con microhoyuelos es una evidencia de un mecanismo de coalescencia de huecos durante la ruptura dúctil.A estas altas velocidades de propagación el efecto de las inclusiones no puede ser despreciado. A velocidades aún mayores de propagación las Estriaciones se hacen muy raras y la superficie de fractura consiste primariamente de microhoyuelos, pudiendo concluírse que la velocidad de crecimiento podría haber sido mucho mas pequeña en la ausencia de inclusiones.

Efecto de las Inclusiones y partículas de segunda fase en el Agrietamiento por FATIGA

Microhoyuelos alrededor de partículas grandes agrietadas entre Estriaciones de Fatiga, a elevadas velocidades de crecimiento de grieta en una Aleación de Aluminio.

Agrietamiento por FATIGA

Iniciáción prematura de huecos en partículas de tamaño intermedio.

Fractografías de Luz Intergranular