cargas y esfuerzos

Análisis de fracturas: Objetivos

Cargas y esfuerzos

Al completar esta lección usted podrá reconocer el tipo de cargaaplicado a una pieza, los patrones de esfuerzos internos en lapieza, cualquier concentrador de esfuerzo que pueda contener lapieza, qué concentradores de esfuerzo son los más severos y laproporción en que se aplican las cargas sobre las piezas.

Tipos de carga

Líneas de esfuerzo

Concentradores de esfuerzo

Grados de carga

Página1 ANALISIS DE FRACTURAS 4/20/2006PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

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Tipos de carga

No importa la calidad del diseño y construcción ni la calidad delmantenimiento, las máquinas pueden averiarse como resultado dela falla de un componente. Cuando la falla ocurre, es muyimportante determinar la causa, discutirla con las partesresponsables y tomar acción apropiada para que no vuelva aocurrir. Este proceso es llamado Análisis Práctico de Fallas. Loscomponentes pueden dañarse debido al excesivo desgaste o a unafractura. Las fracturas ocurren más frecuentemente donde lascargas y esfuerzos son altos. Para entender cómo y porquéocurren las fracturas usted debe primero poder reconocer losdiferentes tipos de fuerzas... o cargas... que pueden causar lasfracturas.Hay cinco tipos de cargas - de tensión, de compresión, de flexión,de torsión y de corte.

Cargas de tensiónLas cargas de tensión, son fuerzas que tratan de tirar de algo parasepararlo... o algo muy parecido al juego o lucha de la cuerda... oel estirar una banda de caucho.

Ejemplo de cargas de tensiónUna carga de tensión se aplica mediante dos fuerzas actuando endirecciones opuestas. Las dos fuerzas tratan de separar loscomponentes de la pieza afectada.Este cable está sometido a carga de tensión debido a que lamáquina trata de levantarlo y el tubo trata de bajarlo.

Cargas de compresiónLas cargas de compresión son justamente lo contrario a las cargasde tensión. Son fuerzas que tratan de comprimir un objeto paraunirlo y hacerlo más corto, tal como se comprime un lata dealuminio cuando se pisa.

Ejemplo de cargas de compresiónEl vástago del cilindro del cucharón de esta excavadora estásometido a cargas de compresión cuando la presión hidráulica loempuja en un extremo y la resistencia de la tierra lo empuja en elotro.

Cargas de flexiónLas cargas de flexión son fuerzas que tratan de doblar un objetomientras se sostiene por uno o ambos extremos.

Ejemplo de cargas de flexiónEl bastidor de esta motoniveladora está sometido a cargas deflexión cuando el peso de la máquina lo empuja hacia abajo y el




suelo empuja hacia arriba sobre las llantas.

Cargas de torsiónLas cargas de torsión son fuerzas que tratan de hacer girar unobjeto en direcciones opuestas. Un buen ejemplo es la cargasobre un lápiz cuando se le está sacando punta.

Ejemplo de cargas de torsiónUn eje de impulsión está sometido a cargas de torsión cuando elmotor trata de girarlo en un sentido mientras las fuerzas sobre lasruedas tratan de evitar su movimiento.

Cargas de corteLas cargas de corte son fuerzas opuestas que tratan de empujarun objeto en direcciones contrarias al mismo tiempo. Un ejemploes la carga sobre una hoja de papel cuando se corta con tijeras. Lacarga de corte también ocurre cuando hay carga de torsión y esllamada de corte de torsión.

Ejemplo de cargas de corteEste pasador de cucharón está sometido a una carga de corte porla estructura que mantiene unida.




Líneas de esfuerzo

Aprendimos en la sección anterior los diferentes tipos de carga aque están sometidas las piezas. Las cargas generan esfuerzos enel interior de las piezas. El tipo de carga determina el tipo deesfuerzo que resulta.

Esfuerzos de tensiónLas cargas de tensión... son fuerzas que tienden a tirar de unobjeto separándolo... resultando en esfuerzos de tensión internosque se resisten estas fuerzas de separación y mantienen la piezaunida. A medida que las cargas aplicadas se incrementan, losesfuerzos internos se incrementan también. Las líneas de esfuerzodebidas a las cargas de tensión tratan de distribuirseuniformemente sobre la sección transversal de la pieza. De hechola definición matemática de esfuerzo es: la fuerza dividida por elárea de la sección transversal.

Esfuerzos de compresiónLas cargas de compresión generan esfuerzos de compresióninternos que hacen que la pieza se resista a ser comprimida. Losesfuerzos de compresión se distribuyen uniformemente sobre lasección transversal del mismo modo que los esfuerzos de tensión.

Esfuerzos de flexiónLas cargas de flexión generan esfuerzos de compresión en el ladocóncavo y esfuerzos de tensión en el lado convexo. El centro delobjeto experimenta muy poco o casi nada de esfuerzo. Las líneasde esfuerzos de flexión no se distribuyen uniformemente sobre lasección transversal del objeto, sino que son más altas en lasuperficie y van disminuyendo hacia el centro. Generalmente, lafractura comienza en el lado convexo, donde se presentan losesfuerzos de tensión.

Esfuerzos de torsiónLas cargas de torsión resultan en líneas de esfuerzo de tensiónque van en espiral a lo largo de la longitud del objeto. Lasfracturas generalmente, comienzan en estas áreas de esfuerzo detensión. Los esfuerzos de tensión debidos a cargas de torsión sonmás altos en la superficie del objeto y disminuyen hacia el centro.

Cargas de torsión producenesfuerzos de corte

Addemás de los esfuerzos de tensión, las cargas de torsiónproducen esfuerzos de corte a lo largo de la longitud de la pieza ya través de su sección transversal. Estos se llaman esfuerzos decorte transversales y longitudinales.

Esfuerzos de corte longitudinales




Los esfuerzos de corte longitudinales se pueden ilustrar medianteuna manguera que se corta longitudinalmente. Girando lamanguera en la dirección mostrada por las flechas produceesfuerzos de corte longitudinales mostrados por el movimientorelativo de las líneas blancas. Estos esfuerzos pueden causar lafractura de la pieza a lo largo de su longitud.

Esfuerzos de corte transversalesLos esfuerzos de corte transversales se pueden ilustrar usando unresorte con una línea de referencia pintada en toda su longitud.Cada espiral del resorte representa una sección de cortetransversal de la pieza.A medida que se aplican las cargas de torsión, cada sección decorte gira un poco en relación a las secciones vecinas. Esto causaque la línea blanca gire en espiral a lo largo de la longitud delresorte mostrando los esfuerzos de corte transversales. Estosesfuerzos pueden causar que las piezas se fracturen a través de susección de corte.

Esfuerzos de corteLas cargas de corte…fuerzas que tratan de empujar un objeto endirecciones opuestas…resultan en líneas de esfuerzo de corteparalelas a las cargas. Los esfuerzos de corte son más altos en elárea cargada y diminuyen con la distancia. Como los esfuerzos detensión, los esfuerzos de corte son generalmente responsables delinicio de las fracturas.




Concentradores de esfuerzo

Un elevador de esfuerzo, también llamado concentrador deesfuerzo, es una condición física sobre o dentro de un pieza cuyoresultado es mover las líneas de esfuerzo, uniéndolas en algúnpunto sobre o dentro de la pieza. Esta concentración de las líneasde esfuerzo resulta en un esfuerzo localizado y más alto, en elconcentrador de esfuerzo.

Efecto del concentrador deesfuerzo

Las cargas de flexión empujan un obeto alejándolo de susextremos establecidos.Se forman esfuerzos de tensión en el lado convexo y esfuerzos decompresión en el lado cóncavo.Los esfuerzo son más altos sobre la superficie de los objetos ydisminuyen hacia su centro.

Defectos de materialLos concentradores de esfuerzo relacionados con material,especialmente en el acero, generalmente son "inclusiones". Lasinclusiones son impurezas que se mantienen en el metal despuésque el proceso de refinamiento se ha completado. Las inclusionespueden ser contaminantes del mineral, piezas del revestimientodel horno o partículas de escoria atrapadas en el acero.

InclusionesLas inclusiones pueden tener una variedad de formas. Algunasson solo agrupaciones irregulares de contaminantes.Otros son casi esféricas. Si la fractura comienza en una inclusiónde forma esférica se produce una fractura con apariencia deblanco llamado ojo de buey.Otras inclusiones son largas y delgadas. Estas son llamadasvenas. La fractura que es perpendicular a una vena producirá unojo de buey. Las fracturas que comienzan a lo largo de una venatienen este aspecto.

Errores de fabricaciónLos procesos de fabricación tales como fundición, laminado,forjado, tratamiento térmico y rectificado pueden introducirbolsas de contracción y fracturas dentro del metal.

Errores de fundiciónSí no se dispone de suficiente metal para llenar las áreas decontracción a medida que se enfría el metal y comienza asolidificarse, o si el diseño del molde es incorrecto, lasfundiciones pueden contener vacíos, llamados cavidades o bolsasde contracción. Algunas veces las cavidades de contracción




pueden reconocerse por los granos largos y en forma de agujaque se llaman dendritas y que se forman en las cavidades.

Errores de forjado y laminadoEste tornillo tiene una costura causada por material plegándosesobre sí mismo durante el laminado en caliente. La costura pareceuna fractura a todo lo largo del tornillo. Este ojo de biela tiene unasolapa de forja causada por material que se solapó o plegó sobresí mismo en el troquel de forja. La solapa de forja contiene unaescama oscura producida por la alta temperatura de forjado.

Errores de tratamiento térmicoLas fracturas por tratamiento térmico pueden producirse porenfriamiento rápido del material, o por no templar las piezas quelo necesitan, inmediatamente después del enfriado porinmersión. Esta biela desarrolló una grieta en el extremo del bujedurante el enfriamiento. Algunas grietas de enfriamientodesarrollan una mancha oscura entre azul y negro debido altemplado. Si el tratamiento térmico causa que las piezas sedeformen, tendrán que enderezarse mecánicamente. Estaoperación podrá producir fracturas de enderezamiento como la deeste cigüeñal.

Errores de maquinadoFlujo de refrigerante interrumpido, refrigerante no dirigido haciael punto de contacto de la rueda y cortar demasiado, puederesultar en quemado o fracturas por rectificado. Algunas veces elquemado por rectificado deja manchas irregulares de colormarrón sobre la superficie del metal. Las fracturas por rectificadogeneralmente resultan en fracturas muy finas que son difíciles dever.

Contornos del diseñoAlgunas veces es necesario diseñar cambios de contorno abruptostales como ranuras de anillos de resorte, resaltos, pequeños filetesy agujeros. Los diseñadores planifican estos cambios de contornoy especifican materiales más fuertes o tratamientos térmicos paradar a la pieza en estos puntos la resistencia adecuada. Aún así, loscambios de contorno continúan siendo concentradores deesfuerzo que pueden iniciar fracturas.

Ejemplos de cambios de contornoEl resalto en esta pieza es un cambio de contorno que resulta enun concentrador de esfuerzo.El endentado en esta pieza es otro tipo de cambio de contorno queresulta en un concentrador de esfuerzo.

Daños de superficieLas muescas o hendiduras en las piezas son cambios de contorno




accidentales que no deberían estar presentes. Generalmente soncausados por la mala manipulación de las piezas durante elarmado o la reparación del producto. Si el daño de la superficie esbastante severo u ocurre en un área altamente cargada de lapieza, podrá fracturarse.

Resultado de los daños desuperficie

La muesca en esta pieza creó un cambio de contorno de lasuperficie que inició una fractura.




Grados de carga

La velocidad con la que se aplica la carga tiene un gran efecto enla respuesta de la pieza y el tipo de fractura. Hay tres gradosbásicos de aplicación de las cargas : cargas de impacto,sobrecargas y cargas cíclicas.

Cargas de impactoLas cargas de impacto son aplicaciones de carga individuales yextremadamente rápidas. Estas cargas pueden aplicarse en unafracción de segundo, y si es suficientemente severa puede causarla fractura de la pieza. La forma de las piezas que fallan debido acargas de impacto generalmente permanece sin cambio.

SobrecargasLas sobrecargas son similares a las cargas de impacto en que sonuna aplicación individual de una carga alta. Sin embargo, la cargase aplica más lentamente. Durante la sobrecarga la pieza tienetiempo para cambiar su forma, frecuentemente se estrechan odoblan antes de fracturarse.

Cargas cíclicasLas cargas cíclicas pueden ser rápidas o lentas y se repiten una yotra vez. Pero ningún ciclo de carga individual es suficientementegrande como para causar fractura. El efecto combinado de mileso millones de ciclos de carga puede producir una fisura de lentocrecimiento y finalmente la fractura de la pieza. Las fracturascausadas por carga cíclica generalmente se inician en unconcentrador de esfuerzo.




Condiciones que causan fractura

Después de completar esta lección, usted reconocerá el efectoque las sobrecargas, los concentradores de esfuerzo y bajaresistencia de material tienen en la reducción de la vida útil de unapieza.

Sobrecargas

Concentradores de esfuerzo anormales

Baja resistencia de material




Sobrecargas

Frecuentemente las piezas se fracturan debido a que la cargaaplicada es mayor que la que puede soportar la pieza.Hay dos tipos de fractura que pueden resultar de sobrecargas,fracturas dúctiles o frágiles y fracturas por fatiga.

Fractura dúctil o frágilCon sobrecargas o cargas de impacto severas, a menudo puedenocurrir fracturas durante la aplicación de una sola carga. Estasfracturas son llamadas fracturas dúctiles o frágiles.

Fracturas por fatigaLas sobrecargas cíclicas son cargas que ocurren repetidamentedurante un período de tiempo. Una carga por si misma no essuficiente para causar una fractura, pero el efecto de repetidosciclos de carga puede causar una fractura por fatiga.

Prueba del límite de fatigaSe pueden hacer pruebas para determinar la cantidad de carga yel número de ciclos que una pieza puede soportar sin fracturarse.Esto se conoce como prueba del límite de fatiga.

Resultados de la pruebaLos resultados típicos de una prueba de fatiga pueden ser comoéste. El eje vertical muestra la cantidad de carga y el eje horizontalmuestra la vida de la pieza en número de ciclos aplicados. Ellímite de fatiga muestra la máxima carga cíclica que una piezapuede soportar. Si la carga cíclica se mantiene por debajo dellímite de fatiga, no deberá ocurrir fractura.

Factor de seguridad de diseñoLas condiciones de trabajo varían. Por eso el límite de fatigadeberá estar por encima de las cargas aplicadas. La comparaciónentre el límite de fatiga y la carga aplicada se llama el factor deseguridad de diseño. Si el límite de fatiga es el doble de la cargaaplicada el factor de seguridad es de dos.




Concentradores de esfuerzo anormales

Una razón por la que una pieza falle puede deberse aconcentradores de esfuerzo. Hay concentradores de esfuerzonormales y anormales.

NormalConcentradores de esfuerzo normales incluyen defectos dematerial, agujeros y filetes.Los concentradores de esfuerzo normales no causan fracturadebido a que son tenidos en cuenta por los diseñadores.

AnormalComo siempre hay un factor de seguridad, se pueden toleraralgunos concentradores de esfuerzo anormales en las piezas.




Baja resistencia de material

Algunas veces las cargas y los concentradores de esfuerzo sonnormales, pero la resistencia del material es baja. Si la resistenciadel material es baja, el límite de fatiga también es bajo, y el factorde seguridad se reduce o se pierde completamente, lo que puederesultar en una fractura.

CausasSí se usa un proceso incorrecto de fabricación para hacer la pieza,puede presentarse baja resistencia de material . La resistencia delmaterial también puede afectarse después que el componente sepone en servicio. Por ejemplo, temperaturas excesivamente altasde operación pueden debilitar la pieza produciendo una fractura.

EfectosCuando la resistencia del material es baja, el límite de fatigadisminuye y el factor de seguridad se reduce o se pierde lo queresulta en una posible fractura del material.




Identificación de tipos de fracturas

Después de terminar esta lección, usted será capaz de clasificarlas fracturas como frágil, dúctil o por fatiga e identificar el tipo decarga que causó la fractura.

Características de fracturas

Fractura frágil

Fracturas dúctiles

Fracturas por fatiga




Características de fracturas

Es importante ser capaz de clasificar las fracturas a fin dedeterminar qué las causó. Podemos identificar la mayoría de lasfracturas mediante observaciones cuidadosas de la textura, color,reflectividad y características particulares de la superficie.

TexturaLa textura o "aspereza" de una fractura será determinada por lavelocidad de propagación de la fractura. Aquellas fracturas quese propagan más rápidamente, presentas superficies "ásperas";fracturas con velocidad de propagación más lenta, presentan unasuperficie más suave.

ColorLas fracturas en la superficie varían en color, de plata a negrooscuro. Este color puede ayudar a identificar la fractura.

ReflectividadLa reflectividad ayuda a identificar las fracturas, pues algunasfracturas reflejan la luz mejor que otras. Las fracturas frágilesalgunas veces brillan, mientras fracturas dúctiles rara vezreflejan.

Características de la superficieLas fracturas en materiales blandos desarrollan máscaracterísticas de superficie identificadoras que las fracturas enmetales más duros.

GranosLas piezas metálicas están hechas de granos. Es útil comparar laestructura granular a una pared hecha de piedras sujetas conmortero. Podemos considerar los granos metálicos como laspiedras y los espacios entre los granos como las uniones demortero. Cuando las piezas se fracturan, los granos se rompen demodos muy específicos. Hay tres tipos básicos de fracturas:Frágil, dúctil y por fatiga.

FrágilEn una fractura frágil los granos se rompen o la fractura sepropaga a lo largo de los límites.La forma del grano realmente no cambia.

DúctilLos granos en una fractura dúctil son torcidos y estirados antes deromperse. Su forma, y la forma de la pieza, cambiansignificativamente.

Fatiga




En una fractura por fatiga los granos se rompen lentamente. Lasfracturas pueden también ocurrir alrededor de los granos.Hay poco cambio en la forma.




Fractura frágil

Las fracturas frágiles son generalmente el resultado de una cargade impacto súbita. La fractura ocurre de repente y con pocadeformación plástica - esto es, la pieza no cambia de forma. Si lospedazos se volvieran a juntar, parecería como si la pieza nohubiera sufrido mucho daño. Las fracturas frágiles se puedendividir en dos tipos: clivaje e intergranular. Las fracturas porclivaje son llamadas también transgranulares.

ClivajeLas fracturas por clivaje tienden a separar los granos dejandosuperficies planas. Esto sería similar a romper las piedras de unapared de piedra. Las fracturas por clivaje generalmente tienen unatextura áspera con una coloración medio grisácea. En materialesduros, la superficie puede brillar como si tuviera diamantes. Esteefecto es producido por el reflejo de la luz en las superficiesplanas de los granos fracturados. Esta fractura de la cabeza deválvula tiene una textura áspera, color gris y no tieneprácticamente ninguna deformación plástica. También brillacuando se cambia el ángulo de iluminación. Todas soncaracterísticas de fractura por clivaje.En materiales más blandos, puede desarrollarse una característicade superficie llamada chevrón o sardineta. Estos son pequeñoslomos y hendiduras en la fractura que generalmente se propagana medida que la fractura crece. Esta fractura de diente deengranaje tiene una textura muy áspera, color gris y chevrones.Todas las características de una fractura por clivaje.

Causa de fractura por clivajeCuando una fractura contiene una o más de las características defractura por clivaje, tales como poco o ningún cambio de forma,superficie de la fractura brillante o chevrones, es muy posible quela fractura haya sido causada por un simple golpe o carga deimpacto repentino. Esta información puede ser muy útil paradeterminar porqué ocurrió la fractura.

IntergranularLas fracturas frágiles intergranulares tienden a romper el enlaceentre los granos, exponiendo las superficies de forma irregular delos granos. Esto es similar a romper las uniones de mortero en unapared de piedra.

Características intergranularesLas fracturas intergranulares poseen la mayoría de lascaracterísticas de las fracturas por clivaje. La diferencia principales que las fracturas intergranulares no brillan tanto como lasfracturas por clivaje.




Ejemplo de intergranularMirando cuidadosamente este tornillo fracturado, vemos unasuperficie áspera, color gris, no hay deformación plástica y casino brilla. Estas son todas las características de fracturasintergranulares.

Causa de fracturas intergranularesCuando una fractura frágil muestra características de clivaje perono brilla o lo hace muy poco, examine la fractura con una lupapara ver si hay superficies granulares ásperas visibles,identificando esto como una fractura intergranular. Es importantereconocer fracturas intergranulares debido a que ellas pueden sercausadas por una combinación de cargas, ambiente de trabajo ymateriales o procesos que no son compatibles entre sí. En estoscasos puede requerirse un análisis más profundo de técnicosmetalúrgicos o ingenieros para descubrir la razón de la fractura.




Fracturas dúctiles

Las fracturas dúctiles ocurren más lentamente que las fracturasfrágiles y generalmente son el resultado de una simplesobrecarga. Como consecuencia, los granos del metal tienden aestirarse o cambiar de forma antes de desprenderse.

Deformación plástica y labio decorte

La superficie áspera producida al separarse los granos tiende adispersar la luz en vez de reflejarla. Como consecuencia, lasfracturas dúctiles a menudo tienen un color oscuro. Lacaracterística más importante de identificación es la deformaciónplástica o cambio permanente de la forma.Esta deformación puede ser estrechamiento, dobladura,estiramiento o torcedura dependiendo del tipo de carga. Al juntarlas piezas metálicas de nuevo, revelarían un cambio de formapermanente. Esto se llama deformación plástica.

Otro característica importante de identificación es el labio decorte. La mayoría de las fracturas dúctiles comienzan por dentro,donde los granos del metal comienzan a separarse de lasinclusiones creando vacíos dentro de la pieza. Al continuar lacarga, los granos se desprenden y los vacíos internos se expandenhasta que la única parte de metal que no se ha fracturado estáalrededor del borde externo de la pieza. Pero, pronto este metal sesobrecarga y se cizalla produciendo un labio de corte.

Cargas por tensiónLas fracturas dúctiles causadas por sobrecargas por tensiónproducen en el material una apariencia áspera, gris oscura onegra, con estrechamiento y un labio de corte en casi toda el áreaalrededor de la circunferencia. Este perno de culata, es unejemplo de fractura dúctil causada por una sobrecarga portensión. Note la textura áspera, color gris oscuro, falta dereflexión y el labio de corte.




Cargas por flexiónCuando una pieza se somete a una sobrecarga por flexión, lafractura dúctil produce superficies ásperas de color gris oscuro.El labio de corte generalmente aparece en el lado de compresiónde la fractura y es la última sección de metal que se desprende.

Cargas de corteNo todas las fracturas dúctiles tienen superficies ásperas. Encondiciones de carga de corte, las piezas se fracturan pordeslizamiento de unas con otras. Esto produce una texturabastante suave, mejor descrita como "satinada" o "suave ysedosa".

Cargas torsionalesLas fracturas dúctiles producidas por cargas torsionales puedenocurrir ya sea en el plano de corte transversal o longitudinal. Si lafractura ocurre a través de la pieza, es llamada de cortetransversal. La mayoría de la superficie de la fractura es suave ysedosa. En la fractura final, la superficie es áspera y gris oscura.La fractura final a menudo ocurre cerca del centro de la pieza. Sila fractura ocurre longitudinalmente a la pieza, es llamada decorte longitudinal. El flujo de grano puede exponerse produciendouna superficie gris leñosa.




Fracturas por fatiga

Las fracturas por fatiga ocurren después de muchas cargasrepetidas. Hay dos categorías de fracturas por fatiga: De alto cicloy de bajo ciclo.

Alto cicloLas fracturas por fatiga de alto ciclo ocurren después de cientosde miles o millones de aplicaciones de carga. Durante la fatigauna minúscula fisura comienza en un punto, quizá una inclusión oalgún otro concentrador de esfuerzo, y va creciendo con cadaciclo. A medida que la grieta crece, su velocidad aumenta. En uncierto punto, el área restante no agrietada se sobrecargaproduciéndose una fractura frágil o dúctil. A esto se llama fracturafinal.Puesto que la fractura de alto ciclo ocurre muy lentamente, latextura de la superficie es muy suave. El color del acero es grisplata claro ya que la fractura es lo suficientemente lisa paraproducir reflejo.

Bajo CicloLa fatiga de bajo ciclo ocurre mucho más rápido que la fatiga dealto ciclo, tomando menos ciclos para producir la fractura final.Puesto que la grieta crece más rápidamente, la textura superficiales más áspera, el color es gris más oscuro - con menor reflexiónde luz y las marcas de playa aparecen más espaciadas y másfáciles de ver. Como quiera que la fatiga de bajo ciclo es causadaa menudo por ciclos de sobrecarga severa, se debe esperar queaumente el tamaño de la fractura final.

Marca de playa.Las marcas de playa se encuentran a menudo en fracturas porfatiga. Se pueden usar para determinar el punto de iniciación dela fractura. Una marca de playa se forma cuando una fisura porfatiga cambia de velocidad. Si la velocidad no cambia, las marcasde playa no serán visibles. En materiales duros pueden no




formarse marcas de playa.

Marcas de trinqueteLas marcas de trinquete pueden presentarse en una fractura porfatiga. Indican alto esfuerzo y múltiples puntos de iniciación, osea que varias facturas por fatiga comenzaron más o menos almismo tiempo y casi en la misma ubicación pero en planosdiferentes. A medida que las grietas por fatiga crecen, lasfracturas individuales pueden juntarse y formar una grieta grande.

Fractura finalEl tamaño de la fractura final es una indicación de la severidad dela carga aplicada. Las fracturas finales grandes generalmenteindican cargas altas, mientras que fracturas finales pequeñasindican cargas más bajas.A- Fractura final grandeB- Fractura final pequeña

Fatiga por tensiónLa fatiga por tensión produce marcas de playa circularesconcéntricas a la circunferencia. Estas fracturas suelen iniciarseen el exterior con fractura final debajo de la superficie, o puedencomenzar debajo de la superficie y crecer hacia afuera.

Fatiga por flexiónLa fatiga por flexión produce marcas de playa que se inician enun punto y se propagan hacia afuera hacia el otro lado de la piezacomo ondas sobre el agua. La flexión inversa pueden iniciar dosfracturas por fatiga una en cada lado de la pieza con marcas deplaya moviéndose una hacia la otra. La flexión rotativa producemarcas de playa que crecen hacia adentro desde la circunferencia.La fractura final ocurre en la región central.

Fatiga por torsiónLas grietas por fatiga por torsión dejan a menudo marcas de playadistintivas y avanzan en ángulos de 45 grados dentro de la pieza.A menudo se presentan varias fracturas ramificadas.

Fatiga por esfuerzo cortanteLas fracturas por fatiga producidas por cargas de cortelongitudinal por lo general crecen a lo largo de la línea de flujo delgrano, dejando algo de apariencia leñosa.

Patrón de escalónOcasionalmente, una fractura por fatiga se dividirá en variasfracturas más pequeñas en la parte media de la fractura debido acambios en la geometría de la pieza o por aumento del esfuerzo.Si estas fracturas se recombinan en una sola fractura, se puedeformar una serie de marcas llamadas "escalones".




Localización de los puntos de inicio de la fractura

Después de completar esta lección, usted será capaz de localizarlos puntos de iniciación de una fractura frágil, dúctil y por fatiga.

Sitios de inicio de la fractura por fragilidad

Puntos de inicio de una fractura dúctil

Puntos de inicio de fracturas por fatiga




Sitios de inicio de la fractura por fragilidad

Es importante encontrar los sitios de inicio de fractura porquepueden indicar la razón por la cual comenzó la grieta.

ClivajeLas fracturas por clivaje en materiales blandos producenchevrones. A menudo los chevrones se asemejan a flechas, queseñalan hacia el punto de iniciación, o pueden parecerse a unaimpresión manual que converge en el punto de iniciación. Estafalda de pistón muestra una fractura frágil con chevrones. Loschevrones están en un patrón de impresión manual. Convergen enla parte inferior indicando que éste es el punto de inicio.Este área debe ser examinada para descubrir porqué comenzó lafractura.

IntergranularA menudo es muy difícil encontrar el punto de inicio de unafractura frágil intergranular. Algunas veces hay un patrón débilde chevrones que señalan hacia el punto de inicio. O también unpunto de corrosión puede indicar el punto de inicio. Pueden haberocasiones en que no hay evidencia en la fractura para localizardónde comenzó la fractura y tenemos que confiar en evidenciasrecogidas de otras piezas.

AparienciaLa mayoría de los metales duros presentan fracturas frágiles quetienen una apariencia cristalina sin muchos chevrones.Si no hay labios de corte o áreas dañadas, entonces otras piezastienen que proveer información acerca de cómo ocurrió lafractura.

Localización de puntos de inicio.Algunas veces el punto de inicio puede localizarse mirando si haydaños en la superficie tales como picaduras o muescas, o




indentación donde se aplicó una carga de impacto. La fracturapuede también cambiar de frágil a dúctil y dejar un labio de corteen la fractura final.Se debe examinar el área opuesta a la fractura final como unprobable punto de inicio. Es posible que no haya chevrones odaños por impacto que sirvan como guías hacia el punto de inicio.Esto puede suceder a menudo en metales más duros y se debeninspeccionar otras piezas para determinar qué sucedió. Se deberecordar que la mayoría de fracturas por clivaje son el resultadode otro problema y no la causa raíz de una falla.




Puntos de inicio de una fractura dúctil

El punto de inicio de una fractura dúctil depende del tipo de cargaaplicada. La mayoría de los puntos de inicio en fracturas dúctilesson áreas generales, en lugar de áreas específicas.Afortunadamente, en general no es necesario identificar lospuntos de inicio para poder encontrar la causa básica de las fallas.

Cargas de TensiónLas cargas de tensión alargan los granos y les dan formasdelgadas y eventualmente los separan, dejando una apariencia depico de montaña y valle. La fractura generalmente comienza en elcentro y se extiende hacia el exterior donde aparecen elestrechamiento y el alargamiento. La superficie externa semantiene unida durante más tiempo, luego se fractura porcizallamiento, produciendo un labio de corte alrededor del bordeexterior. El punto de inicio para fracturas dúctiles producidas porcargas de tensión es alrededor del centro de la pieza.

Cargas de compresiónLas fracturas por compresión debida a sobrecarga sonextremadamente raras. En metales duros causan fractura,mientras que en metales blandos causan deformación.

Cargas de flexiónLas cargas de flexión separan los granos en el lado que soportalos mayores esfuerzos de tensión. La fractura crece a través de lasección transversal hasta que el resto del metal se corta formandoun labio de corte en la fractura final.

Cargas de corteSi una pieza es sometida a una carga de corte directa, la fracturacomienza al mismo tiempo en toda la superficie. A medida quelas superficies de fractura se deslizan una contra otra, ellasmismas borran el detalle de la fractura dejando la superficie conuna apariencia sedosa y suave.




Cargas de torsiónLa torsión puede producir una fractura de corte transversal olongitudinal. Las fracturas de corte transversal comienzanseparando los granos alrededor de la circunferencia donde elesfuerzo de corte es mayor. Luego, las grietas progresan hacia elinterior y la fractura final se presenta en el centro. Las caras de lafractura generalmente se deslizan una contra otra y eliminan partedel detalle de la fractura.

Las fracturas de corte longitudinal, causadas por torsión, tambiéncomienzan en la superficie donde los esfuerzos de corte sonmayores y crecen longitudinalmente y hacia el interior a todo lolargo de la pieza, separando los granos a medida que crece.




Puntos de inicio de fracturas por fatiga

Los puntos de inicio de las fracturas por fatiga pueden ser muyútiles ya que generalmente comienzan en concentradores deesfuerzo anormales. Son los puntos de inicio de fractura másfáciles de identificar y, a diferencia de los puntos de inicio defracturas frágiles o dúctiles, pueden ser muy útiles para encontrarla causa del problema.

Las marcas de playa, las marcas de trinquete y los puntos defractura final se usan para determinar puntos de inicio.Generalmente, las marcas de playa tienen menos espacio entreellas cuando están cerca del punto de inicio de la fractura y mayorespacio entre ellas en la fractura final. Estas marcas varían deacuerdo al tipo de carga.

1. Marcas de playa2. Marcas de trinquete3. Fractura final

Fatiga por tensiónLa fatiga por tensión produce marcas de playa que crecen desdela superficie hacia el interior de la pieza o desde el interior de lapieza hacia la superficie.

En el primer caso, forman círculos concéntricos que se cierranhacia el final de la fractura. En el segundo caso, se expandenhacia el exterior desde el punto de inicio de la fractura.

Fatiga por flexiónLa fatiga por flexión produce marcas de playa que se expandenhacia el exterior, alejándose de los puntos de inicio.

Fatiga por flexión inversaLa fatiga por flexión inversa produce marcas de playa que




comienzan casi opuestas una a otra y crecen acercándose. Lasmarcas se separan por la fractura final.

Fatiga por flexión rotacionalLa fractura por flexión rotacional produce marcas de playa quese curvan hacia el interior y rodean la fractura final haciendo fácilconfundirla con el punto de inicio. El punto de inicio generalmenteestá en la superficie casi opuesto a la fractura final.

Patrones de marcas de playaLos patrones de marcas de playa se pueden usar para determinarel punto de inicio de una fractura por fatiga.Las marcas de playageneralmente tienen menos espacio entre ellas en el punto deinicio de la fractura y más espacio entre ellas hacia la fracturafinal. Las marcas de playa son más fáciles de ver cuanto máslejos están del origen de la fractura.

Marcas de trinqueteLas marcas de trinquete ayudan a localizar los puntos de inicio delas fracturas por fatiga.

Las marcas de trinquete que comienzan en la superficie de lapieza indican que la fractura comenzó en la superficie.

Las marcas de trinquete que están por debajo de la superficiepueden indicar un origen por debajo de la superficie, como en unapre-fractura o defecto de material.

Localización de los puntos deinicio

Cuando un punto de inicio no es obvio, es posible excluir áreasdonde posiblemente la fractura no pudo haber comenzado, comoen el área de la fractura final.

En una fatiga por flexión el punto de inicio a menudo está en unadirección opuesta a la fractura final.

Cuando ocurre la flexión inversa, la fractura final estágeneralmente cerca del centro de la pieza, y cuando ocurre laflexión rotacional, la fractura final está generalmente rodeada pormarcas de playa.



cargas y esfuerzos

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