Este documento describe los diferentes tipos de fractura de metales, incluyendo fractura dúctil, frágil, por fatiga, y debido al medio ambiente. Explica los mecanismos de fractura a nivel atómico y las ecuaciones que describen las condiciones de fractura. También describe las características de las diferentes fracturas como las marcas en la superficie y cómo se inician y propagan las grietas.

1. FRACTURA DE METALES
ALUMNOS:
•RODRIGUEZ MEZA JACK
•CUBAS BECERRA JOSE
TRUJILLO – PERU
2011

2. FRACTURA DE METALES
I. – INTRODUCCION
 Las típicas clases de fracturas son fractura
dúctil, fractura frágil, fractura por fatiga,
fractura por creep y fractura debido al
medio ambiente.
 La fractura simple es la separación de un
cuerpo en dos o más trozos como respuesta a
una tensión que puede ser estática
(constante o variando lentamente con el
tiempo) y a temperaturas que son bajas en
relación a la temperatura de fusión del
material.

3. FRACTURA DE METALES
I. – INTRODUCCION
 Los tipos de fractura típica son
dúctil y frágil. Esta
clasificación esta basada en la
capacidad del material a
experimentar deformación
plástica. Los materiales
dúctiles típicamente exhiben
una sustancial deformación
plástica, con alta absorción de
energía antes de la fractura.
Por otro lado, hay una
pequeña deformación plástica
y una baja absorción de
energía en la fractura frágil.

4. II.- MECANISMOS DE FRACTURA
Figura 1. Atomos ordenados
en un material cristalino
Figura 2. Cuando se aplica una
fuerza, los enlaces se estiran
causando deformación elástica.

5. II.- MECANISMOS DE FRACTURA
Figura 3. Cuando la fuerza aumenta,
los átomos comienzan a deslizar
entre sí causando deformación
permanente.
Figura 4. El material se fractura
cuando la fuerza es suficiente
para romper los enlaces.

6. II.- MECANISMOS DE FRACTURA
 1. Los enlaces químicos entre los átomos se estiran.
Al retirar la fuerza, los enlaces regresan a su tamaño
original y, por tanto, los átomos también regresan a
su posición inicial. Esta es la base de la deformación
elástica de los materiales (figura 2).
 2. Si la fuerza aumenta produciendo esfuerzos
mayores que el esfuerzo de fluencia del material, los
átomos comienzan a deslizar entre ellos sobre
ciertos planos imaginarios dentro de la estructura
cristalina. Esta es la base de la deformación plástica
de los materiales (figura 3).
 3. Si la fuerza aumenta aún más, los enlaces
químicos entre los átomos se rompen. Esta es la base
de la fractura de los materiales (figura 4).

7. II.- MECANISMOS DE FRACTURA
 El esfuerzo de fractura teórico de un material cualquiera
responde a la siguiente ecuación:

 Para esta ecuación:
 = esfuerzo de cohesión entre los átomos.
 E = módulo de elasticidad del material.
 = tensión superficial del material; es la energía por
unidad de área requerida para crear la superficie del
material.
 = distancia de separación de equilibrio entre los
átomos.

8. II.- MECANISMOS DE FRACTURA
 ¿De dónde obtiene el material la energía suficiente
para crear la superficie de fractura?: la obtiene de la
energía elástica almacenada en la deformación de los
enlaces químicos. A medida que la grieta se propaga, debe
existir ruptura de enlaces químicos. Estos enlaces estaban
deformados por la fuerza externa aplicada y, al romperse,
liberan la energía almacenada.
 A partir de las ideas planteadas, es posible explicar la
fractura de los materiales. Si cuando la grieta intente
crecer la energía necesaria para crear la nueva superficie
es mayor que la energía liberada por los enlaces que se
rompen, entonces no es posible crear esa superficie.
 La grieta no puede propagarse y el material es capaz de
soportar la fuerza externa aplicada sin fracturarse. Por el
otro lado, si la energía necesaria para crear la superficie de
fractura es menor que la energía liberada por los enlaces
que se rompen, entonces la grieta se propaga de manera
espontánea, produciendo la fractura súbita del material.

9. II.- MECANISMOS DE FRACTURA
 El exceso de energía liberada al romperse los enlaces puede
reflejarse en forma de calor y sonido durante la fractura. Griffith
dedujo una ecuación que describe la condición de equilibrio, donde
la energía que debe consumirse en la creación de superficie es
igual a la energía elástica liberada. Esa ecuación se escribe a
continuación:
 Donde:
 = tensión superficial del material.
 = esfuerzo aplicado sobre el material.
 = mitad de la longitud de la grieta o defecto interno del material.
 E = módulo de elasticidad del material.

10. CLASES DE FRACTURA
FRACTURA FRÁGIL
 La fractura frágil es una particularidad de los
materiales que tienen estructura cristalina cubica de
un cuerpo centrado (BCC) y hexagonal. Estos
materiales tienen suficiente ductilidad alrededor de la
temperatura ambiente, pero se vuelven frágiles como
un vidrio o un cerámico a bajas temperaturas. Este
fenómeno se llama fractura frágil.
 Se da a lo largo de los planos cristalinos, cuando la tensión
aplicada es suficiente para romper los enlaces.

11. FRACTURA FRÁGIL
 El valor que se obtiene para σ* con la ecuación (3) es
aprox. E/10, es decir, 5~50 GPa en metales y cerámicas y
0.1~1 GPa en polímeros. Esto ocurre porque la tensión
de fractura depende de la presencia de defectos en el
material. El material se rompe:
 Nucleando (iniciando) grietas en defectos ya existentes.
 Propagándolas y creando nuevas superficies libres. Para
este proceso se consume energía.

12. FRACTURA FRÁGIL
 Las fracturas frágiles se produjeron a
temperaturas relativamente bajas con
respecto a la temperatura ambiente, a
aproximadamente 4°C, en la vecindad de la
temperatura de transición de acero.
 La dirección del movimiento de la fisura es
aproximadamente perpendicular a la
dirección de las tensiones aplicadas y da una
superficie de fractura relativamente plana.

13. FRACTURA FRÁGIL
 La superficie de fractura frágil está
caracterizada por dos tipos de marcas
llamadas “V-Shaped chevron” (Dig. 2) y “river
patterns” (ver Fig.3)

14. LA FRACTURA FRÁGIL
 Como resultado de la investigación detallada de la
causa y medidas preventivas de la fractura frágil, se
encontró que las siguientes tres condiciones deben
presentarse simultaneamente:
1. La existencia de un controlador de tensiones
2. La existencia de tensiones de tracción
3. Falta de tenacidad de la entalla (baja temperatura)
 Entallas que originan la fractura frágil pueden ser
detectados de soldaduras tales como fisuras, falta de
penetración socavados, y solapes, etc.

15. ECUACIÓN DE GRIFFITH
 En un material frágil, toda la energía del proceso de
fractura se consume creando nuevas superficies (sin
plasticidad) y en consecuencia, Gc=2γ (γ es la energía
superficial). La energía de fractura se puede calcular:

16. Mecanismos de fractura Frágil
 Fractura transgranular: Las grietas propagan
cortando los granos.
 Fractura intergranular: Las grietas propagan a lo
largo la frontera de grano. En estos casos la fisura se
nuclea y se propaga rápidamente a lo largo de las
superficies intergranulares.

17. Mecanismos de fractura Frágil
 El clivaje : Es el mecanismo responsable
de la mayoría de las roturas rápidas. Se
produce por la separación de planos
cristalográficos bien definidos,
característicos de cada estructura.

18. FRACTURA DUCTIL
 Esta fractura ocurre bajo una intensa deformación plástica.
 La fractura dúctil comienza con la formación de un cuello y la
formación de cavidades dentro de la zona de estrangulamiento.
Luego las cavidades se fusionan en una grieta en el centro de la
muestra y se propaga hacia la superficie en dirección perpendicular
a la tensión aplicada. Cuando se acerca a la superficie, la grieta
cambia su dirección a 45° con respecto al eje de tensión y resulta
una fractura de cono y embudo.

19. FRACTURA DUCTIL
 La Condición de Griffith es sólo válida para materiales
frágiles. En los metales, a temperatura ambiente, el
proceso de fractura incluye deformación plástica y
formación de la estricción.
 Se forman cavidades en la zona plástica que por
coalescencia dan lugar al crecimiento de grieta. Por ello,
las superficies de fractura son rugosas.

20. FRACTURA DUCTIL
 Superficie de fractura dúctil a mayores
aumentos mostrando las microcavidades
características de la fractura dúctil.

21. FRACTURA POR FATIGA
 rotura por fatiga se da como consecuencia de esfuerzos
repetidos y variables debiéndose a un desmemizamiento
de la estructura cristalina, con el consiguiente
deslizamiento progresivo de los cristales, con producción
de calor.
 El aspecto de las piezas rotas por fatiga presentan en su
superficie de rotura dos zonas características que son:
 Una zona lisa, de estructura finísima y brillante: la rotura
por fatiga se da después de un periodo relativamente
largo.
 Una zona de cristales grandes, o de estructura fibrosa:
cuando la rotura por fatiga se da instantáneamente
debido a la disminución de sección.

22. FRACTURA POR FATIGA
 Las circunstancias que influyen en la rotura por fatiga de un
material metálico son:
 Estado de la superficie: el estado de esta tiene gran importancia
sobre la rotura por fatiga.
 Variaciones de sección: el límite de fatiga se reduce por los
cambios bruscos de sección no acordados con radios amplios,
entalladuras de cualquier otra clase.
 Temperatura: en casi todos los materiales metálicos el aumento
de temperatura por encima de cierto valor, disminuye el límite de
fatiga.
 Tratamientos térmicos: las termones internas provocadas por
tratamientos térmicos, crean localización de esfuerzos que pueden
originar fisuras.

23. FRACTURA POR FATIGA
 Homogeneidad de la estructura cristalina:
cuando la estructura no es homogénea puede
suceder que los cristales más pequeñas, se
acuñen entre las más grandes, originando fisuras
y la consiguiente disminución de sección.
 Corrosión: cuando la corrosión existe no tiene
tanto problema., pero si va actuando, cada punto
de corrosión se convierte como si fuera una
entalle rebajando notablemente el límite de fatiga.

24. REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS
 WULPI, DONALD J., Understanding how components fail,
págs. 86-87, ASM International, 1985.
 HERTZBERG RICHARD W., Deformation and Fracture
Mechanics of Engineering Materials, págs. 239 - 240,
John Wiley and Sons, 1989.
 HERTZBERG RICHARD W., Deformation and Fracture
Mechanics of Engineering Materials, págs. 241, John
Wiley and Sons, 1989.
 HERTZBERG RICHARD W., Deformation and Fracture
Mechanics of Engineering Materials, págs. 271 - 277,
John Wiley and Sons, 1989.
 http://www.edicionsupc.es/ftppublic/pdfmostra/EM03606M
.pdf
 materiales.wikispaces.com/file/view/Fractura+dúctil.doc