Читать книгу Análisis de fallas de estructuras y elementos mecánicos - Édgar Espejo Mora - Страница 36

Estas fracturas se forman en un solo ciclo de carga de una pieza y las solicitaciones que las originan son completamente mecánicas, es decir, se forman bajo la acción pura de los esfuerzos. Las velocidades de crecimiento de grieta son grandes: 6 m/s (dúctiles) a 103 m/s (frágiles) [6]. Si la carga se aplica lentamente, de manera que se dé tiempo al material para responder con deformación, se habla de carga cuasiestática, pero si la carga se aplica rápidamente, la capacidad de deformación queda restringida y se habla de una carga del tipo impacto (figura 3.11).

Figura 3.11 Tipos de esfuerzo que originan fracturas súbitas versus tiempo

Fuente: elaboración propia.

Para que se forme una fractura súbita, el esfuerzo aplicado debe superar la resistencia última del elemento al modo de carga que actúa en este (tracción, compresión, cortante, flexión o torsión). Por ello, a estos modos de fractura se les suele llamar fracturas por sobrecarga. Dicha resistencia depende de la geometría del elemento, pero es aún más dependiente de la resistencia del material, la cual se puede obtener a partir de un ensayo normalizado como el de tracción. Por lo anterior, una fractura súbita se considera que se forma si el esfuerzo equivalente real aplicado a un elemento mecánico (σ aplicado) se hace tan grande que iguala la resistencia real a tracción del material (σU).

Estas fracturas se dividen en las súbitas frágiles, las súbitas dúctiles y las súbitas mixtas. Los factores principales que inciden en la formación de un tipo de fractura o de otro son, a saber: la naturaleza súbita o dúctil del material, el estado de esfuerzos (tipo de carga y si se tiene estado de deformación plana o de esfuerzo plano), el tamaño de la pieza, la temperatura y la velocidad de aplicación de la carga. Hay que recordar que el juzgar si una pieza es grande o pequeña, o si la temperatura de trabajo o la velocidad de aplicación de la carga es alta o baja, depende del material del cual esté construida la pieza analizada; por ejemplo, una temperatura de trabajo de 200 oC no es alta para un acero maraging, pero sí lo es para un duraluminio 2024 T6. Además de las fracturas frágiles, dúctiles y mixtas, también se pueden incluir dentro del grupo de las fracturas súbitas, aquellas producidas por mecanismos progresivos, que por su elevada velocidad de propagación se puedan considerar súbitas. Es el caso de algunos agrietamientos debido a la fragilización por contacto con metales en estado líquido (numeral 3.13), donde si la velocidad de agrietamiento es muy elevada (0,1-1 m/s) [7], se suele hablar de fracturas súbitas cuasifrágiles, para diferenciarlas de las fracturas súbitas frágiles, donde las velocidades de propagación son del orden de 103 m/s.