Resumen Fallo Mecánico PDF

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Resumen de la teoría del tema Fallo Mecánico de la asignatura Materiales II....

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TEMA 2: FALLO MECÁNICO DE MATERIALES 2.1 Fundamentos de Fractura La fractura ocurre cuando un material sometido a una carga rompe en dos o más partes, a una temperatura muy inferior a la temperatura de fusión del material. Esencialmente, se pueden diferenciar dos tipos de fractura en función de la capacidad del material para sufrir deformación plástica: • Fractura Frágil: pequeña absorción de energía (poca deformación). La grieta avanza de forma rápida, incluso sin aumento de tensión (grieta inestable). • Fractura Dúctil: gran absorción de energía (gran deformación plástica). La grieta avanza lentamente al aumentar la tensión (grieta estable).

·Fractura muy Dúctil: Ductilidad extrema: Ocurre en aquellos materiales que rompen cuando la estricción se reduce prácticamente a un punto. ·Fractura Dúctil: Comienza con la formación de un cuello, provocando la formación y crecimiento de las microcavidades. Esto lleva a la coalescencia y formación de la grieta, que crece hasta la zona externa a 45º con el eje de tracción, produciéndose así la rotura final. La morfología característica es capa-cono. La región central tiene un aspecto fibroso e irregular con huecos debido a la rotura por tracción. La región perimetral tiene huecos alargados debido a la rotura por cizalladura. ·Fractura Frágil: Ocurre sin apreciable deformación plástica y con una rápida propagación de las grietas, cuya dirección es perpendicular a la tensión. La superficie de rotura es plana. Existen dos tipos de rotura frágil: -Fractura intergranular: La fractura ocurre a lo largo de los bordes de grano, apreciándose su naturaleza tridimensional. -Fractura intragranular: La propagación de la grieta ocurre por rotura de enlaces atómicos a lo largo de planos cristalográficos (descohesión). 2.2 Concentrador de Tensiones y

K IC

La presencia de defectos microscópicos o macroscópicos (grietas, poros, aberturas…) hace que, al analizar el fallo de componentes, los valores reales de resistencia a la fractura sean del orden del 10 a 1000 veces menores que los que corresponderían por cálculos teóricos de resistencia a la tracción.

La fractura ocurre cuando el nivel de tensión aplicada excede un valor crítico σ c . Análogamente, puesto que las tensiones en el entorno del fondo de la grieta quedan definidas en términos del factor de intensidad de tensiones, debe existir un valor crítico de este parámetro, el cual puede utilizarse para especificar las condiciones de fractura frágil; este valor crítico se denomina tenacidad a la fractura, K C . Es una propiedad intrínseca de cada material. En general, puede ser expresado en la forma: K C =Y· σ c · √ π· ac Donde: Y es un parámetro adimensional (geométrica) σ c es la tensión de fallo ac es el tamaño del defecto. Si el defecto es superficial a es la longitud del mismo. Si el defecto es interno, a es la mitad de la longitud del mismo.

2.3 Ensayos de Fractura e Impacto También denominados ensayos de resiliencia, se emplean para ponderar la resistencia al impacto en unas condiciones que son fragilizantes para el material. Permiten estimar valores de tenacidad a la fractura por comparación. • Ensayo de tenacidad a la fractura. • Ensayo de tenacidad al impacto. Consiste en romper, mediante un solo golpe con un péndulo, una probeta entallada, midiéndose la resiliencia, , que es la relación entre el trabajo absorbido en la rotura (en Julios) y la sección de rotura (en m 2 ). -Ensayo Charpy: La energía gastada o absorbida por el material, está relacionada con la diferencia entre la altura inicial (H) y final (h) del péndulo. W c =P(H −h) -Ensayo Izod: A diferencia del ensayo Charpy, se utiliza otro tipo de probeta.

2.4 Fractura por Fatiga La fatiga es una forma de rotura producida, incluso con tensiones inferiores a las teóricas, debido a tensiones dinámicas y fluctuantes. Tiene un aspecto frágil y la superficie de rotura es perpendicular a la tensión. • Límite de fatiga: tensión por debajo de la cual la rotura por fatiga no ocurrirá. • Resistencia a fatiga: nivel de tensión que produce rotura por fatiga para un determinado número de ciclos.

• Vida a fatiga: número de ciclos para los que se produce rotura por fatiga para un nivel de tensión determinado. Ecuación de Paris – Erdogan: da =A· ∆ K m dN Donde:

da dN

es la velocidad de propagación de la grieta (pendiente de la curva)

A y m son constantes que dependen de la tensión media y de las condiciones ambientales ∆ K es el Intervalo de Factores de Intensidad de Tensiones

2.5 Fractura por Fluencia La termofluencia es la deformación continuada que sufren los materiales expuestos a altas temperaturas y a carga constante (para Tª > 0,4·Tm). Implica la reducción de la vida útil de los componentes.

•

Velocidad de termofluencia ( da ε = ¿ : Es la pendiente de la curva dN en la región secundaria, no superar deformaciones fuera de tolerancia y, parámetro de diseño en aplicaciones de larga vida.

-Primera etapa: cada vez se deforma más lentamente, ya que la pendiente es decreciente. La velocidad de fluencia es decreciente y se produce un aumento de resistencia debido a la deformación. -Segunda etapa: hay un momento en el que las dos aportaciones se equilibran tanto de dureza como de estiramiento. La velocidad de fluencia es constante ya que la pendiente de la curva también lo es. -Tercera etapa: Se produce un rápido incremento de velocidad de fluencia. • Vida útil a rotura: Parámetro de diseño e caso de aplicaciones de vida corta ( t r ¿ ....