Micromecanismos De La Fractura 52t8

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Micromecanismos de rotura de los metales

9 Micromecanismos de rotura de los metales El presente capítulo se centrará en el estudio de la influencia de la microestructura de los metales sobre la operatividad de los micromecanismos de rotura, expuestos en el capítulo anterior. En primer lugar, se analizará el efecto de la anisotropía microestructural. Posteriormente, se considerarán aleaciones utilizadas frecuentemente en ingeniería, y el interés específico se enfocará en tres familias genéricas: aceros, aleaciones de aluminio y aleaciones de titanio. Tanto las aleaciones de aluminio como las de titanio ofrecen notables ejemplos de cómo la presencia de segundas fases afecta al comportamiento en rotura. Los intervalos de resistencia y tenacidad de las aleaciones de elevadas prestaciones mecánicas correspondientes a las familias citadas se muestran de forma esquemática en la figura 9.1. Pueden observarse las excelentes combinaciones de propiedades que pueden alcanzar, lo cual justifica su amplia utilización en aplicaciones estructurales. Como es bien sabido, en términos generales se puede decir que la alta tenacidad de las aleaciones metálicas tiene su origen en su capacidad de relajar las tensiones delante de la punta de las fisuras por medio de deformación plástica.

Fig. 9.1 Resistencia a la tracción y tenacidad de fractura de aceros (Fe), aleaciones de titanio (Ti) y aleaciones de aluminio (Al)

© Los autores, 2002; © Edicions UPC, 2002.

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Fractura de materiales

9.1 Anisotropía Para correlacionar las propiedades de un material con su microestructura debe tenerse en consideración un gran número de variables. Una de las más importantes es el proceso de fabricación. Un determinado material no posee unas propiedades mecánicas únicas, sino todo un rango de valores correspondientes a diferentes métodos de fabricación. Cada etapa del procesamiento puede tener un efecto sobre la microestructura, provocando cambios en el límite elástico y en la ductilidad del material que también afectan a su tenacidad de fractura como resultado de la relación directa entre estas propiedades, como se ha explicado en el capítulo 8. Dentro de este contexto, un factor importante es la anisotropía inducida por deformación. Los procesos de conformado que implican deformación plástica del material, sean en frío o en caliente, producen un alineamiento de los ejes cristalográficos de los granos en una orientación preferente, es decir, una textura cristalográfica. Se produce también un cambio en la orientación de la microestructura, de manera que resultan granos no equiaxiales, hecho que suele denominarse fibrado mecánico. Este efecto puede observarse en la figura 9.2, correspondiente a una plancha de acero inoxidable dúplex laminado, cuya microestructura está claramente orientada en la dirección de laminación. Además, se originan bandas de inclusiones y segundas fases, lo cual es especialmente notable en piezas forjadas, como la de la figura 9.3.

Fig. 9.2 Microestructura de un acero inoxidable dúplex laminado

Fig. 9.3 Fibrado en una pieza forjada (Cortesía de A. Herrero)

En componentes con una microestructura fuertemente orientada, como la que aparece en la figura 9.2, es lógico pensar que las propiedades mecánicas de muestras tomadas según distintas direcciones difieran notablemente. Que dichas propiedades sean mayores en la dirección en la cual se han alargado los granos (longitudinal) o en la perpendicular a ésta (transversal) dependerá de la preponderancia del fibrado mecánico y de la textura cristalográfica. Por ejemplo, la figura 9.4 muestra cómo varía la estricción en función del ángulo entre el eje de tracción y la dirección longitudinal de forja, siendo la ductilidad máxima para un ángulo cero y mínima en la dirección transversal. Otro ejemplo es el del acero inoxidable correspondiente a la figura 9.2. Para este material, el límite elástico resulta ser del orden de un 10% más elevado en probetas con su eje de tracción orientado en sentido transversal a la dirección de laminación con respecto a probetas longitudinales. La anisotropía

© Los autores, 2002; © Edicions UPC, 2002.