Este documento trata sobre las propiedades de los metales y los diferentes tipos de fracturas. Explica las características de las fracturas frágiles, dúctiles y de fatiga, así como los factores que afectan cada tipo de fractura. También describe los pasos para analizar una fractura, incluyendo la identificación del tipo de fractura, la ubicación del sitio de inicio y la detección de concentradores de esfuerzo.
Defectos y discontinuidades de la soldadura (Ensayo no destructivos )Gabriel Ortiz Gallardo
Las imperfecciones pueden existir tanto en el metal
de soldadura como en el metal base; son
generalmente descritas como discontinuidades. Las
discontinuidades existen en un número de formas
diferentes, incluyendo fisuras, falta de fusión, falta
de penetración, inclusiones, porosidad, socavación y
otras... conociendo como pueden formarse estas
discontinuidades, el inspector de soldadura puede
tener éxito en detectar estas causas y prevenir
problemas
Defectos y discontinuidades de la soldadura (Ensayo no destructivos )Gabriel Ortiz Gallardo
Las imperfecciones pueden existir tanto en el metal
de soldadura como en el metal base; son
generalmente descritas como discontinuidades. Las
discontinuidades existen en un número de formas
diferentes, incluyendo fisuras, falta de fusión, falta
de penetración, inclusiones, porosidad, socavación y
otras... conociendo como pueden formarse estas
discontinuidades, el inspector de soldadura puede
tener éxito en detectar estas causas y prevenir
problemas
Objetivo General:
Determinar las propiedades mecánicas y representativas de una muestra de acero laminado al calor sometido a diferentes tipos de cargas e interpretar los resultados obtenidos del ensayo.
Objetivos Específicos:
Observar el comportamiento que adquirió el cuerpo de prueba al ser sometidos a esfuerzos de tracción.
Establecer el tipo de falla que tuvo el material utilizado para la práctica al ser sometidas a las diferentes cargas.
Determinar los valores de los esfuerzos y de las deformaciones específicas con los valores obtenidos durante el ensayo de tracción para poder analizar las propiedades mecánicas del material.
Teoría de falla, fatiga y solicitaciones combinadasGabriel Pujol
Complemento Teórico de la Guía de Trabajos Prácticos. El presente trabajo es un sumario de conceptos teóricos de la materia Estabilidad IIb (64.12) correspondiente a las carreras de Ingeniería Mecánica e Ingeniería Naval y Mecánica.
Instrucciones del procedimiento para la oferta y la gestión conjunta del proceso de admisión a los centros públicos de primer ciclo de educación infantil de Pamplona para el curso 2024-2025.
ROMPECABEZAS DE ECUACIONES DE PRIMER GRADO OLIMPIADA DE PARÍS 2024. Por JAVIE...JAVIER SOLIS NOYOLA
El Mtro. JAVIER SOLIS NOYOLA crea y desarrolla el “ROMPECABEZAS DE ECUACIONES DE 1ER. GRADO OLIMPIADA DE PARÍS 2024”. Esta actividad de aprendizaje propone retos de cálculo algebraico mediante ecuaciones de 1er. grado, y viso-espacialidad, lo cual dará la oportunidad de formar un rompecabezas. La intención didáctica de esta actividad de aprendizaje es, promover los pensamientos lógicos (convergente) y creativo (divergente o lateral), mediante modelos mentales de: atención, memoria, imaginación, percepción (Geométrica y conceptual), perspicacia, inferencia, viso-espacialidad. Esta actividad de aprendizaje es de enfoques lúdico y transversal, ya que integra diversas áreas del conocimiento, entre ellas: matemático, artístico, lenguaje, historia, y las neurociencias.
Fase 1, Lenguaje algebraico y pensamiento funcional
Fracturas
1.
2. En Esta Sección
se analizaran
• Las propiedades físicas de los
productos
• La resistencia de los metales
• Las cargas
• Los concentradores de
esfuerzos
• Las características de las
fracturas
3. OBJETIVOS
• Luego de esta clase , los
estudiantes estarán en
condiciones de identificar al
100% los diferentes tipos de
fracturas, que tipo de cargas o
condiciones las pueden
producir además de reconocer
las características propias de
cada tipo de fractura.
6. Colores de temple de revenido
Pale Yellow 175°C / 350º F
Straw Yellow 205°C / 400º F
Yellow/Brown 232°C / 450º F
Red 260°C / 500º F
Violet 288°C / 550º F
Dark Blue 315°C / 600º F
Light Blue 343°C / 650º F
Blue/Gray 371°C / 700º F
Gray 400°C / 750º F
Black oxides form 650°C / 1200º F
21. Factores que afectan las fracturas
Fractura quebradiza
------------------------------
• Dureza media-alta
• Temperatura baja
• Esfuerzo alto
concurrente
• Grado de carga alta
Fractura dúctil
------------------------------
• Dureza media-baja
• Temperatura alta
• Esfuerzo bajo
concurrente
• Grado de carga baja
22. ANALISIS DE FRACTURAS
1. Limpie la superficie de la fractura
2. Identifique el tipo de fractura
3. Ubique sitio de inicio de la fractura
4. Busque concentradores de esfuerzo
5. Identifique tipo de carga que se aplico
23. Examen de la fractura
Limpieza de la fractura
• No limpiar con abrasivos/corrosivos
• Aire y secador
Análisis de la fractura
• Usar lupa (12x)
• Usar buena iluminación
• Girar la pieza en la luz
Presión
• Cubrir superficie con anticorrosivo
• Empacar para evitar contacto en envío
24. Características de la
fractura quebradiza
• Rápida
• Cristalina
• No hay deformación plástica
Metales fraguados
• Muchos chevrones
• Brillante
Metales fundidos
• Pocos chevrones
• Opaco
57. Crecimiento de fisuras por fatiga
Marcas de playa
Sitio de
iniciación
Marca de
trinquetes
Dirección del
crecimiento
Fractura final
(dúctil, quebradizo)
Filo de corte
75. Lista de verificación de
análisis de fracturas
• Obtener las piezas que tuvieron
fallas
• Limpiar las fracturas
• Clasificar las fracturas
• Verificar los hechos de carga
• Identificar los sitios de iniciación
• Identificar los concentradores de
esfuerzo
76. Identificar la
causa de la falla
Pensar • Hechos •
Pregunta de doble verificación
Obtener hechos relacionados
• Calor
• Carga
• Aplicación
• Operación
• Mantenimiento
Notas del editor
Introducción
¡Bienvenido de nuevo!. Esta lección presenta las características de las
fracturas y las condiciones que las causan. Los productos Caterpillar
están diseñados para transportar cargas normales durante una vida
esperada, sin que se rompan. Cuando se rompen, generalmente, es el
resultado de un ambiente anormal más que del diseño, tratamiento de
material o proceso. Entender las características de las fracturas
ayudará a determinar si el producto o el ambiente fue la causa de la
avería, y determina las áreas específicas en que debe buscar la
información necesaria para encontrar la causa.
Esta lección trata acerca de las condiciones que permiten el desarrollo
de las fisuras. También, cubre las propiedades físicas del producto,
como la resistencia y la dureza, junto con los diferentes factores que
las afectan, como la carga, los puntos de tensión y la temperatura
(todos estos causantes de inicios de fracturas). También veremos si
las fisuras se desarrollan en los metales lenta o rápidamente y las
características de las superficies, que pueden usarse para clasificar las
fracturas.
Objetivo
Al terminar esta lección, el estudiante tendrá la capacidad de:
1. Identificar los signos de camino de los tres tipos de fracturas y
explicar cómo sucede cada una.
2. Distinguir entre los diferentes tipos de fatiga de ciclo bajo y
alto.
Material de referencia
Principios de fracturas SEBV0552
Principios de fracturas SESV8019
La resistencia del metal y la carga determinan cuánto tiempo
funcionará correctamente una pieza. Las piezas están diseñadas para
transportar las cargas sin que se rompan. Una carga mas allá de las
especificaciones, o el daño físico de la pieza (rayones, desgaste de
pasadores o ranuras, sobrecalentamiento, etc.), pueden causar una
falla. Se dice que una pieza se rompe por el enlace mas débil de la
cadena.
Unidad 1 1-5-3 Diagnósticos de la Máquina
Lección 5
Fig.
La resistencia del acero y del aluminio disminuye cuando la
temperatura aumenta. Al comienzo, la disminución en resistencia será
gradual. A temperaturas más altas, la resistencia comienza a disminuir
más rápidamente. Mientras cada metal tiene diferente resistencia a la
temperatura, todos pierden resistencia con el aumento de la
temperatura. Si ocurre un sobrecalentamiento muy alto, las piezas
pueden perder su resistencia y rompersen con cargas normales.
Applying heat to a metal can change the surface texture of the metallic crystals. This changes how light is reflected, thus giving the metal a color or "hue" The chart applies to surfaces polished before thermal treatment
Este cojinete falló a temperaturas de operación mayores de 8700 C
(1.6000 F). A estas temperaturas, el acero de la biela perdió
resistencia y se quebró. Vea el mango de la biela oxidada, debido a
sobrecalentamiento. Cuando la biela se oxida, se producen óxidos de
diferentes colores. Los óxidos de color azul, amarillo, gris y azul
claro, indican que la temperatura llegó de 2600 C a 6500 C (5000 F a
1.2000 F). Después de 6500 C (1.2000 F), los óxidos son de color
negro. Los óxidos de color negro en el acero o en el hierro fundido
indican que se alcanzaron temperaturas extremadamente altas.
Caterpillar diseña todos los productos para resistir las cargas
aplicadas más altas y para que se desgasten antes de que se rompan.
Esta gráfica muestra la capacidad de transportar carga de un material
contra el número de ciclos de carga aplicada. Si la pieza se carga por
debajo del límite de resistencia, esta se desgastará. Si la pieza se
carga por encima del límite de resistencia (por ejemplo, arriba de la
carga permitida para esta pieza), la pieza fallará. El tiempo de la falla
depende de la cantidad de sobrecarga. Si la carga es la mitad del
límite de resistencia, el material de esta aplicación tendrá un factor de
seguridad de dos. Los defectos de material o los daños físicos de una
pieza también afectan la vida útil de la pieza. Los productos
Caterpillar tienen factores de seguridad amplios para compensar los
defectos de material normal, los problemas de fabricación y los
problemas de aplicación en campo.
Cuando las piezas se rompen, cada cara de la fractura tendrá
características especiales. Algunas veces, estas características se ven
más claramente en una cara de la fractura que en otra. Cinco factores
básicos de la fractura deben revisarse para estudiar estas
características.
1. Puntos de tensión (o concentraciones de esfuerzo): son
irregularidades físicas (fisuras, ranuras, bolsas, defectos,
roscas, ranuras de llaves, etc) en una pieza que concentra
tensiones existentes.
2. Sitios de iniciación: son localizaciones de inicio de las fisuras,
o la primera parte en donde el material se rompió. Un punto
de tensión generalmente se encuentra en el sitio de iniciación.
3. Fractura final: es simplemente la localización final de la fisura
o la última parte en que se rompió el material.
4. Cargas de choque y sobrecargas: producen fisuras rápidas que
generalmente son rugosas al tacto y son resultados.
5. Si las cargas cíclicas son muy grandes, o cuando se reduce la
resistencia de la pieza, pueden desarrollarse fisuras lentas que
generalmente son lisas al tacto y están asociadas con la causa
real.
Esta fractura tiene un sitio de iniciación liso en la parte inferior, con
un crecimiento de la fisura lenta hacia arriba del orificio. Esto
debilitó la pieza, y el ciclo de carga siguiente sobrecargó el metal
restante, causando que la fisura aumentará en velocidad y rompiera la
pieza. Note la textura rugosa producida por la parte de la fisura
rápida.
Unidad 1 1-5-6 Diagnósticos de la Máquina
Lección 5
Fig.
Los puntos de tensión debilitan las piezas al concentrar los esfuerzos
en el área de la irregularidad, creando una sobrecarga localizada. El
incremento varía desde 1,5, para ranuras redondeadas, hasta 3 para
ranuras en forma de "v", y puede ser de 8 o más para fisuras de
superficie. En general, entre más saliente la irregularidad, mayor la
concentración de esfuerzo.
Concentraciones de esfuerzo no deseables son el resultado de:
1. Aristas, orificios o muescas demasiado agudas,
2. Defectos significativos del material como inclusiones,
cavidades o fisuras grandes,
3. Problemas de manufactura tales como depresiones de forjado,
fisuras por inmersión o fisuras por rectificado,
4. Abuso físicos tales como rayones, cortes o estrías, y
5. Cualquier desgaste que produzca una concentración de
esfuerzo.
Las concentraciones de esfuerzo, como orificios, muescas, roscas,
hongos, etc., pueden compensarse por diseño, tratamiento térmico o
técnicas de moldeo.
Las concentración de esfuerzos debido a problemas de material,
problemas de proceso o abuso del cliente, pueden llegar a ser lo
suficientemente serias para causar fallas en los componentes, debido
a que no habrá suficiente factor de seguridad para tolerar estos
esfuerzos.
Los análisis de fallas deben buscar concentraciones de esfuerzos en
los sitios de iniciación de las fisuras, debido a que éstos
frecuentemente son "el eslabón más débil de la cadena".
CARGAS
Las cargas se dividen en tres tipos generales:
1. Cargas de impacto
2. Sobrecargas
3. Cargas cíclicas.
Las fracturas pueden dividirse en tres tipos generales:
1. Quebradizas
2. Dúctiles
3. Por fatiga
Las cargas de impacto y las sobrecargas causan fracturas quebradizas
y dúctiles rápidas, con fracturas de caras rugosas, que generalmente
son resultados y no las causas reales.
Las causas cíclicas producen fisuras por fatiga, de crecimiento lento,
con fracturas de caras lisas, que inician en los puntos de esfuerzo y
están asociados generalmente con causas reales. El término
quebradiza y dúctil se aplica a las fracturas y no debe confundirse con
el concepto de material quebradizo y material dúctil. Estos términos
no tienen nada que ver con el tipo de material
Las piezas pueden cargarse en una variedad de modos, como tensión,
torsión o doblamiento; y en períodos de tiempo corto o largo. Las
cargas pueden aplicarse una sola vez o en forma repetida.
Las cargas por impacto son generalmente causadas por una operación
incorrecta del equipo o por la falla de otro componente, como
resultado de una carga de choque repentino contra la pieza. Esto
resulta en cargas extremadamente altas aplicadas casi
instantáneamente. La fractura producida puede ser quebradiza o dúctil
dependiendo de la dureza, temperatura o carga de la pieza, etc. Por
ejemplo, una carga por impacto ocurre cuando un pistón se agarrota y
se rompe. La biela golpea la camisa y el bloque, creando cargas de
choque altas que las piezas no puede resistir.
La sobrecarga generalmente es causada por aplicación incorrecta del
equipo, desperfectos del sistema o falla de un componente, que da
como resultado cargas adicionales en otro componente. Por ejemplo,
si uno de los pernos de la biela se rompe, el otro perno llevará la
carga completa, lo que sobrecarga el perno, crea tensiones y hace que
se rompa en una fractura dúctil. La sobrecarga sucede en un período
de tiempo más largo que la carga de impacto.
Las cargas cíclicas generalmente no causan fractura a menos que las
cargas sean mayores que el límite de resistencia, o que puntos de
esfuerzo anormales estén presentes, como un radio de arista de
sobremedida, escamas grandes de material, fisuras por proceso, etc.
Bajo estas condiciones, las cargas cíclicas pueden iniciar fisuras por
fatiga luego de un período de muchos ciclos. Frecuentemente, se
requieren cientos de miles a millones de ciclos de carga para producir
una fractura por fatiga. Debido a esto, es que las fisuras por fatiga se
llaman fisuras lentas.
CARACTERÍSTICAS DE LAS FRACTURAS
Como se mencionó, las cargas por impacto y las sobrecargas pueden
causar fracturas quebradizas o fracturas dúctiles. Como lo muestra la
tabla, las fracturas quebradizas ocurren más en materiales duros,
cuando disminuye la temperatura, o con cargas típicas altas de choque
o cargas de impacto. Las fracturas dúctiles ocurren más
frecuentemente en materiales blandos, con muy poco o ninguna
concentración de esfuerzos, o con cargas bajas. Hay otros factores
que afectan los tipos de fracturas. Los más comunes se indican en la
tabla.
Debe limpiarse apropiadamente la superficie de la fractura, antes del
análisis, de modo que puedan observarse claramente las
características. Evite métodos de limpieza abrasiva o corrosiva que
puedan destruir las caras. Los solventes, tales como el "estanisol" y el
"freón", limpian de aceite y de escombros las superficies de las
fracturas, sin dañar las caras.
Después de un secado con aire, el análisis de la fractura debe hacerse
con una lupa y, en buenas condiciones de luz. Cuando se observan las
superficies en las tres dimensiones, ayudará si se gira la fractura en la
luz, para variar las sombras y revelar más claramente las
características.
Después de completar el análisis, proteja las superficies la fractura
con aceite, grasa u otros inhibidores de corrosión, para evitar el
deterioro de la superficie. Si la pieza rota necesita empacarse y
llevarse a otro sitio para un análisis más profundo, empaque cada
pieza de forma adecuada, para evitar el daño durante el envío.
Las fracturas quebradizas son generalmente el resultado de otra falla
y no están asociadas con la causa real. Este tipo de fractura progresa
muy rápidamente, separándose en fracción de segundo, y puede
aparecer cristalina debido a que se rompe a lo largo de los límites del
grano o a través de los granos, sin cambiar la forma de estos. Las
superficies de la fractura pueden ser rugosas al tacto. Si las piezas
rotas se ajustan de nuevo; la pieza deberá tener una apariencia como
la de la original, indicando que no hubo, o fue muy pequeña, la
deformación plástica durante la falla.
Los materiales trabajados (fraguados) que sufren fracturas
quebradizas, generalmente, dejan una coloración brillante en la
superficie y brillan como diamantes cuando se giran en la luz. Los
metales más blandos tienden a formar cheurones, superficies en
forma de "v" características que tienen forma de punta de flecha en el
sitio de iniciación de la fisura. Materiales más duros pueden formar
también cheurones, pero esto son muy difíciles de localizar sin el uso
de lupas o ángulos de iluminación adecuados.
Los materiales de fundición pueden sufrir fracturas quebradizas,
dejando fracturas opacas u oscuras. Los cheurones raramente se ven
en las caras de estas fracturas, haciendo que los sitios de iniciación
sean extremadamente difíciles de localizar.
Esta pieza de hierro fundida fue golpeada; la carga de impacto creó
una fractura quebradiza. La superficie y la fractura rugosa y cristalina
no tiene cheurones que indiquen dónde se inició la fisura.
Unidad 1 1-5-13 Diagnósticos de la Máquina
Lección 5
Fig.
Esta pieza de acero fraguada ha sido también golpeada; de nuevo, la
carga del impacto creó una fractura quebradiza. Note los cheurones
distintivos que señalan el inicio de la fisura. La cara de la fractura
tiene una textura rugosa, brillante y que destella.
Las fisuras quebradizas crecen a través de cara a cara de la separación
(fisura) de las celdas unitarias, dentro de los granos o a lo largo de los
límites del grano. Cuando las fisuras se mueven a través de un grano,
cruzan el límite del grano y la fisura comienza en el siguiente grano.
Esto continúa muy rápidamente a través del metal hasta que se
rompe.
No hay deformación plástica. Las piezas rotas encajarán muy bien y
lucirán como la original, excepto por la fisura, debido a la separación
limpia de las celdas unitarias durante la falla. La superficie y la
fractura tiene muchas superficies de granos planos (cristales) que
reflejan la luz haciendo que la superficie de la fractura aparezca
brillante.
Unidad 1 1-5-14 Diagnósticos de la Máquina
Lección 5
Fig.
Las fracturas quebradizas pueden ilustrarse mediante una baraja de
naipes. Hay muchos naipes separados o capas en una baraja. Los
metales están conformados de granos o cristales, cada uno de ellos
contiene miles de capas de celdas unitarias dispuestas muy juntas,
justo como las cartas de una baraja.
El aluminio fundido, como en el faldón del pistón, desarrolla
fracturas características quebradizas cuando experimentan cargas de
impacto. Note los cheurones convergiendo al centro inferior de la
fractura. El examen del faldón del pistón en esta localización no
muestra acumulaciones de esfuerzos, pero parece que una biela o un
contrapeso del cigüeñal la ha golpeado.
Examinar las otras piezas asociadas con esta falla ayudará al analista
a determinar qué pieza falló primero.
Unidad 1 1-5-15 Diagnósticos de la Máquina
Lección 5
Fig.
Este engranaje de motor se rompió seis meses después de la entrega.
El distribuidor creyó que la fabrica había apretado demasiado el
perno del retenedor central, haciendo que el engranaje se dividiera, o
que el engranaje era muy poco resistente y se rompió bajo carga
normal. La fractura es oscura y los detalles son difíciles de ver. Una
lupa y una luz adecuada se necesita para inspeccionar la superficie de
la fractura en busca de los hechos.
Los cheurones en este engranaje de sincronización del Motor 3306
indican que una fractura quebradiza inició en la raíz de uno de los
dientes y creció rápidamente a través del cuerpo del engranaje.
Conociendo esto, el analista debe buscar por evidencia de material
extraño en el tren de engranajes o alguna otra fuente de carga de
impacto.
Unidad 1 1-5-16 Diagnósticos de la Máquina
Lección 5
Fig. 1.5.22
Fracturas dúctiles
Las fracturas dúctiles son causadas por sobrecargas excesivas y
generalmente aparecen distorsionadas, dobladas, giradas, sin cuello, o
de cualquier forma, cambiada en tamaño, de modo que la pieza no
luce como la original. Esta deformación plástica produce una
superficie de fractura que es rugosa y veteada, atrapando la luz y
produciendo una apariencia oscura sin brillo. Generalmente, un corte
filoso de metal de cerca de 45 grados se presenta alrededor del borde
exterior de una fractura dúctil. Las fracturas dúctiles son mas rápidas
que las fracturas por fatiga, pero más lentas que las fracturas
quebradizas, y son generalmente el resultado de otros problemas.
Las fracturas dúctiles ocurren a medida que los granos de metal tratan
de ajustarse a la sobrecarga y cambian la forma en un esfuerzo por
transportar la carga adicional. Ya que la carga se aplica en forma más
lenta que una carga de impacto, los granos tienen tiempo de ajustar la
carga. Cada grano cambia de forma en un proceso conocido como
deslizamiento. Las capas de las celdas unitarias se deslizan unas
sobre otras, pero no se rompen inmediatamente. A esto se llama
deformación plástica o flujo plástico. Eventualmente, la carga se
sobrepone al metal y el grano se separa.
Una baraja de cartas se usó como ejemplo de lo que sucede en una
fractura de separación de un grano de metal. La deformación plástica
de un simple grano de metal puede también ilustrarse con una baraja
de cartas. A medida que la carga excesiva se aplica, las capas de las
celdas unitarias representadas por las cartas se deslizan unas sobre
otras cambiando la forma del grano. Eventualmente, la carga excede
la resistencia del metal y el grano se separa. ¿ El cambio de la forma
del grano, qué características producen en una superficie de fractura
dúctil?
Unidad 1 1-5-18 Diagnósticos de la Máquina
Lección 5
Fig.
Cuando los metales se separan bajo tensión, las piezas experimentan
tensiones uniformes al comienzo y luego se angostan más
rápidamente en algunos puntos. Entonces, el área de núcleo central
comienza a separarse y se abren pequeñas fisuras llamadas
"microcavidades". A medida que la tensión interna aumenta, las
microcavidades crecen y se unen unas con otras en un proceso
llamado "coalesencia de microcavidades". El metal en el perímetro
delgado en la región del cuello abajo es el que queda para transportar
la carga en aumento, este cuello se cizalla y produce el filo de corte
Este perno se rompió bajo la cabeza en una prueba de tensión en una
cuña de 6 grados. Observe que el enlace más débil de la cadena fue la
primera rosca base después del eje, la cual es un punto de esfuerzo
normal. Un filo de corte más grande en un extremo es el resultado de
la carga descentrada producida por la cuña.
Unidad 1 1-5-19 Diagnósticos de la Máquina
Lección 5
Fig.
Una inspección con lupa reveló que la textura de la superficie está
rugosa y veteada y un pequeño filo de corte se extiende alrededor de
la parte lateral de la fractura. La superficie no aparece oscura en esta
diapositiva debido a la luz necesaria para tomar la fotografía.
Este perno de biela falló en la parte central del eje, y tiene un color
muy oscuro. La fisura muestra alto flujo plástico en donde el área de
sección transversal se reduce, o del cuello hacia abajo. La superficie
de la fractura es rugosa y veteada, con un filo de corte grande. La
apariencia oscura, rugosa y veteada de la fractura, más la
deformación plástica y la presencia de filo de corte indican dos cosas:
1. Es una fractura dúctil de crecimiento rápido y,
2. Es el resultado de una sobrecarga - el analista necesitará
determinar la fuente de la sobrecarga.
Unidad 1 1-5-20 Diagnósticos de la Máquina
Lección 5
Fig.
Fracturas por fatiga
Las fracturas por fatiga frecuentemente están asociadas con la causa
real de la falla. Las fracturas por fatiga pueden seguirse a sus sitios de
iniciación, mirando las marcas de trinquete y los puntos en donde
irradian las marcas de playa. El sitio de iniciación de una fractura por
fatiga debe examinarse cuidadosamente en busca de fisuras
anteriores, inclusiones u otras formas y acumulaciones de esfuerzo. Si
se identifica una acumulación de esfuerzo, el analista generalmente
encontrará dónde está el lugar responsable de la falla. Las fisuras por
fatiga crecen lentamente, dejando una superficie de fractura lisa que,
generalmente, es más brillante que la fractura dúctil o quebradiza. En
estas fracturas, las marcas de playa están presentes, aunque no
siempre.
El sitio de iniciación de la fractura pueden tener marcas de trinquete,
indicando cargas o concentraciones de esfuerzo muy altas. Las
marcas de trinquete indican sitios de iniciación múltiple, las fisuras
crecen hacia dentro hasta que se unen formando un frente de fisura
única. La fisura crece con cada carga de ciclo, hasta que ocurre un
cambio de carga, lo cual forma una marca de "playa" o una "línea de
arresto de fisura", visibles a simple vista. Si no hay cambio de carga,
no se formará la marca de playa. Las marcas de playa irradian hacia
afuera, lejos del origen de la fisura, como ondas en una superficie de
un lago cuando se lanza una piedra, y ayudan a identificar el sitio de
iniciación de la fisura. Finalmente, la pieza está demasiado debilitada
para transportar la carga y finalmente ocurre la fractura. La fractura
final puede ser quebradiza o dúctil. Observe que un pequeño filo de
corte puede estar presente, si la fractura final es dúctil.
Una mirada mas de cerca a la fractura de la punta de eje del equipo
968B, muestra marcas de playa y marcas de trinquete en la porción
de la fractura por fatiga, y los cheurones en la porción de la fractura
quebradiza final de la falla. Es fácil ver la diferencia en la superficie
rugosa entre la "fractura por fatiga por flexión", de crecimiento lento,
y la fractura final quebradiza, rápida.
Unidad 1 1-5-22 Diagnósticos de la Máquina
Lección 5
Fig.
Este aumento de las marcas de trinquete en la superficie de la fractura
de la punta de eje, claramente muestra entre ellas el crecimiento de
las fisuras por fatiga individuales. Las marcas de playa están
creciendo hacia dentro de la superficie en niveles diferentes,
produciendo entre ellas las marcas de trinquete. A medida que las
fisuras continúan creciendo, estas se juntan y forman una fisura única.
Note que no hay defecto de material y no hay prefisuras en la
superficie. La fatiga parece haberse iniciado directamente en el borde
de la punta del eje.
Este aumento de las marcas de trinquete en la superficie de la fractura
de la punta de eje, claramente muestra entre ellas el crecimiento de
las fisuras por fatiga individuales. Las marcas de playa están
creciendo hacia dentro de la superficie en niveles diferentes,
produciendo entre ellas las marcas de trinquete. A medida que las
fisuras continúan creciendo, estas se juntan y forman una fisura única.
Note que no hay defecto de material y no hay prefisuras en la
superficie. La fatiga parece haberse iniciado directamente en el borde
de la punta del eje.
Antes de completar el análisis de esta falla, asegúrese de examinar
ambas mitades de la fractura, debido a que los detalles pueden
haberse dañado en una cara de la fractura, pero pueden haberse
preservado en la otra. En este caso, observando la otra cara de la
fractura, sólo confirma los signos de camino que se encontraron en la
primera cara. La fatiga parece haberse iniciado en la superficie al
borde. Necesitan obtenerse datos a cerca de la carga de la pieza para
determinar si un mal alineamiento, o alguna otra condición, puso
cargas anormalmente altas en el eje.
Unidad 1 1-5-23 Diagnósticos de la Máquina
Lección 5
Fig. 1.5.36
¿Qué tipo de fractura ocurrió en esta biela? (Fatiga)
¿Donde se inició la fisura? (en el área central arriba)
¿Dónde
¿Qué tipo de fractura ocurrió en esta biela? (Fatiga)
¿Donde se inició la fisura? (en el área central arriba)
¿Dónde está localizada la fractura final? (En ambos lados)
¿Por qué inició la fisura? (No se puede ver en ésta fotografía-- se
necesita un aumento del área del sitio de iniciación)
El aumento de esta pieza muestra que la fisura comenzó en la base de
una letra de identificación forjada en la biela. Si la carga fue normal,
la causa principal pudo ser un problema de proceso. En este caso, el
forjado colocó dos letras de identificación demasiado cerca una de la
otra y plegó material entre ellas, creando una concentración de
esfuerzos.
Unidad 1 1-5-24 Diagnósticos de la Máquina
Lección 5
Fig.
Cualquier componente que gire con una carga por flexión aplicada,
puede experimentar un tipo único de fatiga llamada "fatiga por
flexión y rotación". Ya que las cargas de flexión colocan los esfuerzos
de tensión más altos en la superficie de la pieza, las fisuras por fatiga
crecen mas rápidamente alrededor de la superficie que a través del
centro de la pieza. Esto produce marcas de playa que hacen que la
fractura final parezca el sitio de iniciación. A medida que la fisura
progresa, ésta puede fisurar todo el camino a través del perímetro de
la pieza antes de que crezca muy rápidamente hacia el medio. Cuando
la fisura alcanza el diámetro externo, ésta gira y se devuelve hacia el
sitio de iniciación, produciendo una fractura final en alguna parte por
debajo de la superficie. La fractura final está generalmente rodeada
con marcas de playa muy distintivas, y parece un desperfecto grande
de material.
Unidad 1 1-5-26 Diagnósticos de la Máquina
Lección 5
Fig.
Un buen modo de comenzar es un examen visual de ambas
superficies de la fractura. El eje falló por fatiga (las marcas de playa
están presentes y la superficie de la fractura es plana y lisa), y la
fractura final está moviéndose hacia el centro.
Unidad 1 1-5-27 Diagnósticos de la Máquina
Lección 5
Fig.
Un buen modo de comenzar es un examen visual de ambas
superficies de la fractura. El eje falló por fatiga (las marcas de playa
están presentes y la superficie de la fractura es plana y lisa), y la
fractura final está moviéndose hacia el centro.
Unidad 1 1-5-27 Diagnósticos de la Máquina
Lección 5
Fig.
La superficie de la fractura muestra “marcas de camino” típicos de
una fractura por fatiga por flexión y rotación. La fractura inició en la
parte inferior y creció muy lentamente hacia la parte superior. Las
marcas de playa muestras que la fisura creció mas rápidamente
alrededor del perímetro y se devolvió alrededor de la fractura final.
La fractura final en la parte superior es una fractura de corte por
torsión. Observe como claramente las marcas de playa están cerca a
la fractura final y cómo se dificulta ver el sitio de iniciación. Es muy
fácil pensar que la fractura final es realmente un defecto de material
de su superficie, con marcas de playa creciendo lejos de ésta. Pero si
este fuera el caso, no habría otra área que pudiera ser la fractura final.
Un modo de identificar las concentraciones de esfuerzos, es colocar
nuevamente las dos piezas rotas juntas y observar en busca de
muescas, fisuras u otras irregularidades físicas. Evite colocar juntas
las caras de las fracturas, excepto para este tipo de inspección.
Las concentraciones de esfuerzo de este eje están en una ranura
cuadrada. La fractura por fatiga inició desde una de las esquinas en
donde una concentración de esfuerzo de cerca de 3,0 estaba presente.
La causa real se identificó en una ranura innecesaria. Se cambio el
diseño, eliminando esta ranura, y se solucionó el problema.
Resumen
Luego de describir los tres tipos principales de fracturas, resumamos
ahora los pasos relacionados con recolectar y usar los hechos
obtenidos de las fracturas.
Primero, obtenga las piezas rotas y limpie las fracturas para un
cuidadoso examen final. Después, clasifique las fracturas como
quebradizas, dúctiles o por fatiga teniendo en cuenta que las fracturas
quebradizas y dúctiles están asociadas con daños resultantes, mientras
que las fracturas por fatiga están asociadas generalmente con las
causas. Revise la carga para verificar si hay cargas de ciclo en las
piezas que tienen fracturas por fatiga, y que se presentaron
sobrecargas o cargas de impacto en las fracturas quebradizas y
dúctiles.
Las fracturas por fatiga entonces se examinan de cerca para encontrar
los sitios de iniciación de la fisura y cualquier concentración de
esfuerzos. Recuerde siempre en observar si hay decoloración que
pueda indicar sobrecalentamiento.
Una vez identificado la concentración de esfuerzos, determine si es el
resultado es un defecto de material o del proceso, o una
concentración de esfuerzo debido a sobrecarga del diseño.
Para identificar la causa más probable de una falla:
1. Piense cuidadosamente con los hechos recolectados
2. Responda la pregunta de doble verificación: ¿hay algún modo
que otro factor hubiera podido causar esta falla?"
La pregunta de "doble verificación" es un modo de recordar que se
deben obtener hechos ambientales relacionados con la temperatura, la
aplicación de carga, operación y mantenimiento. Por ejemplo:
1. ¿Cuál era la temperatura de los refrigerantes, lubricantes,
combustibles o aire de admisión?
2. ¿En qué trabajaba la máquina en el momento de la falla, o en
el mes o semana anterior?
3. ¿Es correcta la aplicación del producto?
4. ¿Cuál es el programa de mantenimiento?
Después de revisar todos estos hechos, se puede preparar una opinión
sobre la causa real de la falla.
Este ha sido un resumen de los principios de las fracturas básicas y de
cómo usar estos principios para obtener hechos, usando los ocho
pasos del análisis aplicado de fallas. Los hechos acerca de las
fracturas, desgaste, operación, mantenimiento y aplicación, producen
las pistas que lo llevarán a la causa real de la falla.
Sin los hechos, los analistas estarán confundidos y harán decisiones
incorrectas. LOS HECHOS HACEN LA DIFERENCIA.
