Fractura dctil
Fractura dctil
Rafael Gmez Pardo
La fractura dctil de un metal tiene lugar despus de una intensa
deformacin plstica. Si consideramos una probeta redonda y se aplica
un esfuerzo a la probeta tal que exceda su resistencia mxima a la
tensin, y se mantiene suficiente tiempo, la probeta se fracturar.
En la prctica, las fracturas dctiles son menos frecuentes que las
frgiles, y su principal causa es el exceso de carga aplicado a la
pieza, que puede ocurrir como resultado de un diseo errneo, una
fabricacin inadecuada o un abuso (someter la pieza a niveles de
carga por encima del soportado).
Llegado a un punto del ensayo, las deformaciones se concentran
en la parte central de la probeta aprecindose una acusada reduccin
de la seccin diametral, momento a partir del cual las deformaciones
continuarn acumulndose hasta la rotura de la probeta por esa zona.
Esta zona de seccin reducida es la que se conoce con el nombre de
estriccin.
El alargamiento de rotura, u(%), es el incremento de longitud
producido en una probeta de acero una vez finalizado el ensayo de
traccin. Se determina juntando los dos trozos de material ensayado
generados tras la rotura y midiendo, sobre una longitud previamente
establecida, mltiplo del dimetro de la seccin inicial, el aumento
de longitud que se ha producido, expresado en porcentaje. El valor
de dicho mltiplo vara de unos pases a otros. En Espaa se toma igual
a 5 dimetros.
La ductilidad del acero aumenta con el incremento del
alargamiento.
La reduccin en rea tambin se determina a partir de las mitades
rotas de la muestra bajo tensin, midiendo para ellos el rea
transversal mnima y con la frmula:
A0=rea transversal originalA1=rea transversal final
El ndice de tenacidad, Id, es un ndice adimensional para
cuantificar la ductilidad del acero. Relaciona la energa total
absorbida por el acero durante el ensayo de traccin hasta la
rotura, suma de la energa elstica y plstica, con la energa elstica,
es decir:
siendo:
EE la energa elstica, en N/mm2EP la energa plstica, en N/mm2
La ductilidad del acero aumenta con el incremento del ndice de
tenacidad.
La curva de traccin que se obtiene para una rotura dctil es del
tipo de la siguiente:
La estriccin es la responsable del descenso de la curva
tensin-deformacin. Realmente, las tensiones no disminuyen hasta la
rotura, que es lo que aparece representado en la ltima parte de la
curva, en el tramo descendiente, sino que lo que se representa es
el cociente de la fuerza aplicada (que siempre va creciendo) entre
la seccin inicial, y cuando se produce la estriccin la seccin
disminuye, con lo cual la curva ya no tiene los mismos valores de
referencia, efecto que no se tiene en cuenta en la representacin
grfica.
Los materiales frgiles no sufren estriccin ni deformaciones
plsticas significativas, rompindose la probeta de forma brusca.
En un ensayo de traccin puede observarse que la fractura dctil
empieza con nucleacin, crecimiento y coalescencia de microvacos en
el centro del espcimen. Se forman microvacos cuando una tensin
elevada causa la separacin del material en los bordes de grano o en
las interfases entre metal e inclusiones. Conforme aumenta la
tensin local, los microvacos crecen y se agrupan formando cavidades
mayores. Finalmente el rea de contacto metal-metal es demasiado
pequea para soportar la carga y se produce la fractura.
La deformacin por deslizamiento contribuye a la fractura dctil
de un metal. Se sabe que el deslizamiento se produce cuando el
esfuerzo cortante resultante alcanza un valor crtico. Estos
esfuerzos son ms elevados segn planos que forman un ngulo de 45 en
relacin con la traccin aplicada.
Estos dos aspectos de la fractura dctil le dan a la superficie
de rotura unas caractersticas especiales. En secciones gruesas de
metal, son de esperar evidencias de estriccin, una porcin
importante de la superficie de fractura aplanada, ya que ah primero
empezaron los microvacos a nuclearse y a agruparse, y un pequeo
labio de corte, donde la superficie de fractura forma un ngulo de
45 con el esfuerzo aplicado. El labio de corte, indicando que se
produjo deslizamiento, le da a la fractura una apariencia de copa y
cono. La simple observacin macroscpica de esta fractura puede ser
suficiente para identificar el modo de fractura dctil.
Bibliografa
Materiales para ingeniera. Van Vlanck. Editorial Continental,
1980 (imp. 1992).
Ciencia e Ingeniera de los Materiales. Donald R. Askeland.
Editorial Paraninfo, 2001.
Comportamiento mecnico de los materiales. Volumen 1: Conceptos
Fundamentales. Carlos Nuez, Antoni Roca y Jordi Jorba. Editorial
Edicions de la Universitat de Barcelona, 2002-2004.
Fundamentos de Ciencia de los Materiales (Tomo II). Carlos
Ferrer Gimnez, Vicente Amig Borrs, M Dolores Salvador Moya, Alfonso
C. Crcel Gonzlez y Emilio Francisco Segovia Lpez. Editorial de la
Universidad Politcnica de Valencia, 1999-2000.
Fundamentos de la ciencia e ingeniera de materiales. William F.
Smith y Javad Hashemi. Editorial McGraw-Hill Interamericana,
2006.
Ductilidad [en lnea] [Consulta: 13 de febrero del 2008].
Introduccin a la metalurgia fsica. Sydney H. Avner. Editorial
McGraw-Hill Interamericana, 1995.
