UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLOINGENIERIA METALURGICAMECNICA DE FRACTURA Y ANLISIS DE FALLA

Mecansmos de fractura dctil

Grupo: 1

Integrantes:Bolaos Vargas, Luis AlfredoLen Chaffo, LuisMuoz Castillo, Daniel AlejandroRojas Cuba, Brando ErnestorRosales Alcantara, SheilyVasquez Castillo, AntonyVega Huamn, Alex

Docente: Ing. Ismael Purizaga Fernndez

Trujillo Per2012MECANISMOS DE FRACTURA DUCTILIntroduccin: En muchas aplicaciones de ingenieria se requiere el estudio de problemas de fractura ductil, tanto en condiciones estaticas como dinamicas. Es bien sabido que la rotura dctil de materiales metalicos no se puede caracterizar con propiedades dependientes nicamentedel material, sino que stas pueden depender tambin de la geometra a travs del campotensional; para ello una de las vas alternativas para abordar el problema consiste en analizar los micromecanismos de fractura que operan en cada caso y cuantificar su efectoen el proceso de deformacin y rotura.

Por otra parte, cada vez son ms los procesos de ingeniera avanzada cuyo estudio requiere el conocimiento y modelizacin de los procesos de deformacin y rotura de materiales dctiles en condiciones dinmicas. Ejemplos de estos problemas son los procesos de fabricacin por conformado y corte, el anlisis del comportamiento frente a choque de estructuras de vehculos ligeros, (automviles, helicpteros), la prediccin de la propagacin de fisuras en paneles de pequeo espesor tpicos en la industria aeronutica, el diseo de protecciones contra impacto balstico, etc.

En este informe se presentan conceptos relacionados con los fenmenos y micromecanismos responsables de la fractura dctil, conceptos que como metalurgistas debemos conocer para realizar un correcto anlisis de falla de componentes de esta categora y as alargar la vida til de otros de la misma naturaleza.

Objetivos: Explicar los mecanismos de fractura dctil que se presentan en los materiales metlicos

Adquirir los conocimientos bsicos relacionados con los procesos de agrietamiento y fractura de los metales con comportamiento dctil.

Entender la finalidad de estudio sobre los mecanismos de fractura dctil que se dan en los materiales con apreciable deformacin.

Fundamento terico Fractura de materiales metlicosEn el caso de los metales la fractura ocurre comnmente por uno de los siguientes mecanismos:a) Fractura dctilb) Descohesin transgranular (clivaje) c) Fractura intergranular En la figura 1 se muestran de forma esquemtica estos mecanismos. En todos los casos, el proceso de fractura puede ser dividido en varias etapas: nucleacin de microfisuras o de cavidades, crecimiento a nivel microestructural de las cavidades o de las microfisuras, coalescencia y localizacin de la deformacin, y crecimiento de las microfisuras hasta la rotura final.

Figura 1.- a) Fractura dctil. b) Descohesin transgranular (Clivaje) c) Fractura intergranular Mecanismos de fractura dctil

Caractersticas de la fractura dctil desde el punto de vista MACROSCPICOLa fractura dctil se caracteriza porque va precedida de una apreciable deformacin plstica en la vecindad de la grieta que avanza. Adems el proceso tiene lugar lentamente a medida que la grieta se extiende. Una grieta de este tipo se suele decir que es estable. Es decir, se resiste a su extensin a menos que se aumente la tensin aplicada. Hay aparicin de una superficie de fractura relativamente fibrosa, rugosa con una coloracin opaca.Muchos metales con estructura FCC muestran fractura dctil, debido a su gran numero de sistemas de deslizamiento y a la movilidad de dislocasiones.Hay aparicin de un cuello de estriccin en una probeta sometida a esfuerzo de traccin segn su eje longitudinal.La parte plana de la fractura corresponde a la grieta interna. La parte correspondiente al cono esta motivada por las tensiones de corte.

Figura 2.- Deformacin tensil de materiales dctiles

Figura 4.- Fracturas reales presentadas en metales

Caracterstica de la fractura dctil desde el punto de vista MICROSCPICOLa fractura dctil es el resultado de tres procesos distintos: Nucleacin de microvacos durante la deformacin plstica Crecimiento de estos microvacos Coalescencia de los mismos para producir superficies libres (fisuras) y la rotura final. Estos procesos pueden ocurrir simultneamente?Si, es decir que mientras ciertos microvacos crecen y terminan coalesciendo, se estn nucleando nuevos microvacos que van "alimentando" el proceso de rotura.1.-NUCLEACIN DE MICROVACOS (CAVIDADES):En las etapas iniciales, cuando el nivel general de deformacin plstica es reducido, se producen importantes concentraciones de tensiones en la superficie de las inclusiones grandes. Estas tensiones pueden producir la separacin de la inclusin de la matriz circundante si se excede el lmite cohesivo en la entrefase, u ocasionar la rotura de la partcula si sta es frgil. La unin de las inclusiones con la matriz no es perfecta, existiendo zonas en las que sta es muy dbil (o incluso inexistente). Por tanto, existe un nmero importante de partculas capaces de iniciar cavidades a niveles generales de tensin relativamente bajos. En la prctica, una proporcin importante de las cavidades dominantes se comportan como si ya existiesen en el material en estado virgen (Hancock 1985). Dado que las caractersticas de las inclusiones no son uniformes, sino que presentan una elevada dispersin, el proceso de nucleacin se desarrolla de manera progresiva. Sin embargo, la activacin de las partculas grandes se produce siempre a niveles bajos de deformacin plstica y puede (desde el punto de vista macroscpico) suponerse controlada exclusivamente por el estado tensional. Adems, la distribucin estadstica de intensidades de nucleacin presenta sus mximos (normalmente es multimodal) para tensiones macroscpicas moderadas.La nucleacion tiene lugar en inclusiones no metlicas partculas de segunda fase (carburos).Se ve favorecida si las partculas son frgiles, grandes, alargadas o si existe una baja resistencia de la intercara matriz-partcula.Qu quiere decir baja resistencia de la intercara matriz-partcula? Separacin de la intercara matriz-partcula (descohesin adherencia dbil de la partcula)Qu quiere decir partcula frgil? Que es menos deformable que la matriz.La rotura de la partcula es favorecido por una fuerte adherencia entre partcula y matriz. Qu tamao pueden alcanzar estar partculas?a.- Partculas grandes (1 20 m)b.- Partculas intermedias (0.05 0.5 m)c.- Partculas pequeas (5 50 nm.)

En todas las partculas o inclusiones se nuclearn microvacos? No todas las partculas o inclusiones presentes en el material van a nuclear microvacos, sino solo parte de ellas.

Figura 5.-Nucleacin de microvacios (cavidades), por descohesin por rotura de una partcula

La nucleacin puede ser una etapa crtica? oEl material se puede romper apenas iniciada la nucleacin? Si. En aquellos materiales cuyas partculas estn fuertemente adheridas a la matriz. Qu etapas controlan la caracterstica de la fractura? Cundo la nucleacin se genera con facilidad. Las caractersticas de la fractura estn controladas por las etapas de crecimiento y coalescencia de los microvacos (cavidades).2.-CRECIMIENTO Y COALESCENCIA DE MICROVACOS (CAVIDADES):Una vez nucleadas, las cavidades de la poblacin dominante aumentan su volumen bajo el efecto combinado del flujo plstico y la tensin hidrosttica. Este crecimiento se produce a una tasa proporcional a la velocidad de deformacin plstica remota (el promedio en los alrededores de la cavidad).Tambin puede producirse un fenmeno de cavitacin por liberacin de energa de deformacin elstica almacenada alrededor de una cavidad. En este caso el crecimiento de los huecos es bastante brusco (comparado con el tiempo caracterstico de la deformacin a escala macroscpica es casi instantneo) y tiende a frenarse cuando se agota la energa disponible en el material. Este tipo de crecimiento se produce sobre todo en las zonas de reducida porosidad relativa, y es por tanto de mayor relevancia para los espacios comprendidos entre inclusiones grandes. El aumento de tamao de las oquedades grandes provoca concentraciones de deformacin plstica (de escala microscpica) a su alrededor. Las pequeas partculas de carburo, muy rgidas, no pueden acomodar la intensa deformacin que se produce en la matriz y proceden a su vez a nuclear nuevas cavidades. Estos nuevos poros son de tamao inferior a los ya existentes y ms susceptibles al fenmeno de cavitacin rpida por liberacin de energa elstica. Su brusco aumento de tamao puede a su vez desencadenar la aparicin de cavidades ms pequeas, teniendo lugar un proceso en cascada que acelera la prdida de resistencia (Faleskog 1997). La activacin de la poblacin secundaria de microvacos se produce cuando el dao ocasionado por las cavidades primarias es ya considerable, es decir, tiene lugar en las postrimeras del proceso.Para que el material rompa, las cavidades deben alcanzar un tamao crtico, en relacin con el espaciado, y aparecer despus de una inestabilidad plstica entre ellas, que conlleve al desgarro final. Se estima que la mayor parte de la energa consumida en el proceso de fractura dctil corresponde a la etapa de crecimiento de microvacos.

a.-Inclusiones en una matriz dctil

b.-Nucleacin de vacios

c.-Crecimiento de vacio

Figura 6.a.-Proceso de crecimiento de microvacos (cavidades)

d.-Esfuerzo localizado entre los vacios

e.-Unin entre vacios

f.-Coalescencia de vacios y fractura

Figura 6.b.-Proceso de crecimiento y coalescencia de microvacos (cavidades)

Figura 7.-Proceso fractura copa cono3.- Unin de las cavidades La etapa final conlleva la coalescencia de los huecos de mayor tamao y se ve facilitada por la existencia de las cavidades de la segunda poblacin. La unin de dos huecos puede producirse por localizacin de una estriccin entre ambos o por formacin de una banda de cortadura. Si la lnea que une las cavidades es aproximadamente perpendicular a la mxima tensin principal (Kao 1990), el ligamento que separa las oquedades tiende a contraerse hasta que se rompe. Dado que en la etapa final las cavidades secundarias cobran importancia, la contraccin del ligamento justo antes de la rotura no tiene porqu ser muy pronunciada. La intensa deformacin plstica que se localiza entre los huecos de mayor tamao estimula el crecimiento de vacos en tomo a las partculas de cementita, precipitando la rotura final. El mecanismo ltimo de fallo del ligamento es clivaje a escala muy pequea o deslizamiento tangencial de planos cristalinos. Cuando las cavidades primarias forman un ngulo de aproximadamente 45" con la mxima tensin principal, la deformacin plstica se concentra en una banda de cortadura. La deformacin tangencial une las cavidades secundarias (estas adquieren un aspecto alargado y giran tendiendo a alinearse con la banda de deformacin plstica) formando una "sbana de huecos".Bibliografa: Hancock, J.W. y Thomson, R.D., 1985. Strain and stress concentrations in ductile fracture by void nucleation and coalescence. Materials science and technology, 1, 684-690. William D. Callister Jr. 1995. Ciencia e Ingenieria de los Materiales http://www.monografias.com/trabajos46/fracturas-mecanicas/fracturas-mecanicas.shtml