mecanismo de falla por fatiga, corrosion y desgaste

1. UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL POLITÉCNICA
“ANTONIO JOSÉ DE SUCRE”
VICE-RECTORADO PUERTO ORDAZ
DIRECCIÓN DE INVESTIGACIÓN Y POSTGRADO
COORDINACIÓN DE POSTGRADO
MAESTRIA EN INGENIERIA METALURGICA
Mecanismo de falla
ANIBAL M. ALVELAEZ
Enero de 2024

2. El estudio del mecanismo de falla de los materiales es
esencial en la ingeniería y la ciencia de los materiales, ya
que proporciona información crucial para diseñar
estructuras seguras y duraderas. Los materiales, ya sean
metales, polímeros, cerámicos o compuestos, están sujetos
a diversas fuerzas y condiciones ambientales que pueden
llevar a su eventual deterioro. Comprender cómo y por qué
los materiales fallan es fundamental para prevenir
accidentes, optimizar diseños y mejorar la confiabilidad de
los productos.
INTRODUCCION

3. El mecanismo de falla de los materiales es un campo
multidisciplinario que combina conocimientos en ingeniería,
física y química. Un entendimiento profundo de estos
mecanismos permite a los ingenieros y científicos de
materiales desarrollar estrategias efectivas para mejorar la
resistencia y durabilidad de los materiales en diversas
aplicaciones.
INTRODUCCION

4. Por otro lado el desgaste en los materiales es un proceso
gradual que involucra la pérdida progresiva de material debido
a la interacción mecánica entre superficies en movimiento
relativo
Uno de los mecanismos de falla más comunes es la fractura, que
puede ocurrir por fatiga, corrosión o desgaste. La fatiga, por ejemplo,
ocurre cuando un material experimenta cargas fluctuantes que
pueden debilitar gradualmente su estructura, llevando
eventualmente a la fractura.
La corrosión es otro mecanismo crítico, especialmente en metales,
donde la interacción con agentes corrosivos puede erosionar la
superficie del material, comprometiendo su integridad estructural.
INTRODUCCION

5. La fatiga es el proceso de degradación gradual de un componente a causa de
las cargas cíclicas a que se somete. La propagación de grieta por fatiga se
define como el crecimiento paulatino de la grieta en un componente
estructural cuando está sometido a tensiones fluctuantes. Estas tensiones
derivan en una fractura posterior de los componentes pasado un número
determinado de ciclos de carga.
Inicio de la
grieta:
El proceso comienza con la presencia de microdefectos,
imperfecciones o inclusiones en el material. Estos pueden
incluir microgrietas, porosidades o inclusiones de
partículas extranjeras.
Aplicación de cargas cíclicas:
El material experimenta cargas cíclicas repetitivas. Estas cargas
pueden ser tensiones alternantes, compresiones, o una
combinación de ambas. Las cargas cíclicas pueden provenir de
vibraciones, fluctuaciones de carga, cambios térmicos, entre
otros.
MECANISMO DE FALLA POR FATIGA
Esquema del mecanismo de falla

6. Propagación de la grieta:
Con cada ciclo de carga, las grietas existentes en
el material experimentan un crecimiento. Esto se
debe a la combinación de esfuerzos cíclicos y
concentraciones de tensiones en la punta de la
grieta.
Zona plástica en la punta de la
grieta:
En la punta de la grieta, se desarrolla una zona
plástica debido a la concentración de tensiones.
Esto significa que la zona experimenta
deformación plástica, lo que contribuye a la
propagación de la grieta.
Curva característica de una propagación de grieta en material dúctil
MECANISMO DE FALLA POR FATIGA

7. Formación de superficies
rugosas:
A medida que la grieta se propaga, se forman
superficies rugosas en los bordes de la fractura. Estas
superficies son características de la fractura por fatiga y
se deben a la interacción de la grieta con la
microestructura del material.
Crecimiento de la grieta:
El proceso de propagación de la grieta continúa hasta
que alcanza una longitud crítica, momento en el cual la
fractura se vuelve visible a simple vista. En este punto,
la resistencia del material disminuye significativamente
y puede ocurrir una fractura catastrófica.
Curva característica de una propagación de grieta en material dúctil
MECANISMO DE FALLA POR FATIGA

8. Recopilación de datos de carga: información detallada
sobre las condiciones de carga a las que estará expuesto
el material.
Identificación de condiciones límite: carga máxima y
mínima, así como la forma de onda de carga.
Obtención de propiedades del material: propiedades
del material, como su límite de resistencia a la fatiga, la
resistencia última y la tenacidad a la fractura.
Selección de un método de análisis: Método de los
Rangos de Goodman, el Método de S-N (esfuerzo-ciclo),
y el Método de Estrés y Deformación.
Verificación experimental: pruebas de fatiga en
muestras representativas del material o componente bajo
condiciones similares a las del entorno de servicio.
Monitoreo en servicio: monitoreo en servicio para
evaluar continuamente el comportamiento del material o
componente.
ANÁLISIS DE FATIGA

9. La corrosión es un proceso natural por el cual los metales se degradan y
regresan a su forma original, es decir, se convierten en minerales
(óxidos). Este proceso se produce por la influencia de muchos factores
como la temperatura, la humedad, la radiación solar, partículas
contaminantes, el pH, entre otros.
Microscópica
MECANISMO DE FALLA POR CORROSION

10. Celda de Corrosión dentro de una tubería que conduce ácido desaireado (en
presenciade electrolito y ausencia de oxígeno)
Corrosión Uniforme. Ocurre por igual en toda la superficie del
material, causando una pérdida general del metal.
Corrosión Galvánica. Este tipo de corrosión ocurre cuando dos
metales distintos están en contacto eléctrico
Erosión. La corrosión por erosión está causada o acelerada
por el movimiento relativo de la superficie de metal y el medio.
Agrietamiento. Las condiciones ambientales en una grieta pueden,
desarrollar y causar corrosión en las grietas.
Picadura. Este tipo de corrosión se caracteriza por la presencia de
pequeñas perforaciones localizadas en una superficie
Exfoliación. La corrosión por exfoliación es una corrosión
subsuperficial que comienza sobre una superficie limpia, pero se
esparce debajo de ella
Ataque selectivo. Es el proceso donde un elemento específico
es eliminado de una aleación debido a una interacción
electroquímica con el medio.
Corrosión Macroscópica
Corrosión intergranular. La corrosión intergranular es el
ataque localizado a lo largo de los límites de grano
Corrosión de Fractura por Tensión. La acción conjunta de un
esfuerzo de tensión y un medio ambiente corrosivo,
Corrosión Microscópica
MECANISMO DE FALLA POR CORROSION

11. Para minimizar la corrosión y proteger los materiales, se
pueden seguir diversas recomendaciones y prácticas.
Revestimientos protectores:
Inhibidores de corrosión:
Aleaciones resistentes a la
corrosión:
Diseño adecuado:
Mantenimiento regular:
Control de la humedad:
Aislamiento galvánico:
Regulación del pH:
Ánodos de sacrificio
MECANISMO DE FALLA POR CORROSION

12. La tribología es una rama del diseño mecánico que involucra muchas disciplinas como materiales,
termodinámica, química, mecánica, entre otras. El término Tribología proviene de la palabra griega, tribos que
significa fricción / frotamiento y logos que significa tratados. En otras palabras es el “estudio de la fricción”.
La fricción se define como la fuerza de rozamiento entre
dos superficies en contacto, dicha fuerza se opone al
movimiento de una superficie sobre la otra.
La fuerza de rozamiento es independiente del área
aparente de contacto, debido a que la mayoría de las
superficies, aun las que se consideran pulidas son
extremadamente rugosas a escala microscópica.
El desgaste se puede definir como la pérdida gradual de
material en la interface de dos cuerpos en contacto,
cuando se ven sometidos a un movimiento relativo, bajo
la acción de una fuerza. El resultado del desgaste es un
daño permanente en las superficies.
MECANISMO DE FALLA POR DESGASTE

13. Existen cuatro principales tipos de desgaste
Desgaste por adherencia. Este tipo de desgaste se caracteriza por tener una gran fuerza de adherencia
entre dos superficies en contacto.
Desgaste por abrasión. Remoción de material de las superficies en contacto por superficies duras en
coincidencia o por partículas duras situadas entre las dos superficies que se deslizan
MECANISMO DE FALLA POR DESGASTE

14. Desgaste por fatiga superficial. Este tipo de desgaste ocurre cuando las piezas son sometidas a elevados
esfuerzos, los cuales provocan la aparición y propagación de grietas bajo la acción repetitiva de estos.
Desgaste por erosión. Este tipo de desgaste es ocasionado por el contacto de un fluido (líquidos o
gases) que llegan a contener en suspensión cierta cantidad de partículas abrasivas que se ponen en
contacto con las superficies.
MECANISMO DE FALLA POR DESGASTE

15. MECANISMO DE FALLA POR DESGASTE
Prevención
Lubricación adecuada: Proporcionar una lubricación
efectiva entre las superficies en movimiento puede reducir
la fricción y minimizar el desgaste.
Selección de materiales: Materiales con propiedades
adecuadas, como alta resistencia al desgaste y dureza,
puede ser crucial. Los recubrimientos protectores y los
tratamientos superficiales también pueden mejorar la
resistencia al desgaste.
Diseño robusto: Un diseño cuidadoso puede minimizar
las cargas y tensiones excesivas en las áreas propensas
al desgaste.
Mantenimiento preventivo: Realizar inspecciones
regulares y mantenimiento preventivo puede ayudar a
identificar signos tempranos de desgaste y permitir la
sustitución o reparación antes de que ocurra una falla
catastrófica.

16. CONCLUSION
• Las fallas de los materiales siempre van a estar presentes,
independientemente de la naturaleza de éstos.
• El mecanismo de falla por fatiga es especialmente sensible a cargas
cíclicas repetitivas.
• La fatiga a menudo comienza en áreas específicas del material
llamadas "puntos críticos" o concentradores de tensiones.
• La fatiga puede ser influenciada por factores ambientales como la
temperatura y la presencia de agentes corrosivos.
• la corrosión tiene un gran impacto en la integridad estructural de los
materiales.
• La falla por desgaste es un fenómeno que puede ocurrir en materiales y
componentes debido a la acción mecánica y química del entorno, lo que
puede llevar a la pérdida progresiva de material y a deformaciones
• La lubricación adecuada entre las superficies en contacto es esencial
para reducir la fricción y minimizar el desgaste.

17. MUCHAS GRACIAS