¿Qué es la fractura frágil y los tipos de fractura frágil?

¿Qué es una fractura frágil?

La fractura quebradiza  es el agrietamiento repentino y muy rápido de un material o equipo bajo tensión donde el material mostró pocos o ningún signo de ductilidad o degradación plástica antes de que ocurra la fractura. A diferencia de otras condiciones de fallas por tracción, donde el material se deforma plásticamente bajo condiciones de carga y se vuelve más delgado (estrechamiento) hasta el punto de ruptura, cuando un material atraviesa una fractura frágil, no hay adelgazamiento ni estrechamiento en el material (poca o ninguna deformación plástica ). Más bien, este mecanismo de daño a menudo causa grietas sin previo aviso, a veces fracturando el equipo en muchas piezas. En una prueba de impacto Charpy, el metal quebradizo absorberá una pequeña cantidad de energía cuando se prueba el impacto, un metal dúctil resistente una gran cantidad de energía.

Mecanismo de fractura frágil

La fractura frágil a menudo es causada por bajas temperaturas en materiales ferríticos y martensíticos, mientras que los materiales austeníticos exhiben un comportamiento dúctil incluso a bajas temperaturas. Si la temperatura del material o supongamos que el acero está en o por debajo de su temperatura de transición de frágil a dúctil, entonces será muy susceptible a la fractura frágil. Combine esta condición con un defecto de tamaño grave y una gran tensión en ese defecto (ya sea aplicado o residual), y es probable que se enfrente a una fractura frágil.

Factores que afectan la fractura frágil en un material

A continuación se muestran los factores que pueden aumentar la susceptibilidad a fracturas frágiles:

Degradación metalúrgica

Degradación metalúrgica puede ocurrir en algunos aceros a temperaturas más altas y puede incluir cosas como fragilización temperamento,  grafitización , la fragilización de fase sigma, y 885 ° F o 475 ° C fragilización .

Limpieza del material y estructura del grano

En el caso del acero, los tamaños de grano grandes y los contaminantes del acero pueden reducir la tenacidad del acero, lo que hace que el material sea más frágil. La adición de elementos de aleación que pueden afectar sus propiedades microestructurales pueden hacer que el material se vuelva quebradizo.

Alto espesor de material

Cuando se trata del espesor del material, los componentes más gruesos tienen un mayor grado de susceptibilidad a la fractura frágil porque tienen mayores tensiones triaxiales. Además, los materiales más gruesos producen un estado de mayor restricción y, por lo tanto, es menos probable que se deformen bajo tensión en lugar de la iniciación y propagación de grietas.

Tensiones residuales elevadas

La fractura frágil es más probable en presencia de tensiones residuales elevadas o si la estructura está muy cargada, particularmente bajo una alta tasa de deformación (carga de impacto). Las concentraciones de tensión (de los dedos de la soldadura, el cambio de sección, las muescas) y los defectos de la soldadura (como las grietas o la falta de fusión) pueden tener un efecto importante en la probabilidad de una fractura frágil.

Baja temperatura

La transición de dúctil a frágil en aceros a baja temperatura influye en si una falla será dúctil o frágil. A bajas temperaturas, el material tiene menor tenacidad a la fractura y es más propenso a la fractura frágil. La tenacidad baja es más probable en materiales con una estructura cristalina que son aceros ferríticos cúbicos (bcc) centrados en el cuerpo porque muestran la transición de tenacidad, en comparación con aquellos con estructuras cristalinas cúbicas centradas en las caras (fcc), como el acero inoxidable austenítico o el aluminio que no lo hacen. no muestran una transición marcada entre comportamiento dúctil y frágil. La baja tenacidad puede resultar de la microestructura del acero, ya que un tamaño de grano fino tiene alta tenacidad, mientras que la martensita o HAZ de grano grueso tienen baja tenacidad.El espesor del material también tiene un efecto sobre la tenacidad a la fractura, teniendo el material grueso una tenacidad efectiva más baja que la placa más delgada hecha del mismo material.

Aparición de una fractura frágil

Una característica de la fractura frágil es que existe poca o ninguna deformación plástica antes de la falla. La superficie de la fractura puede mostrar marcas de cheurón o líneas de río que apuntan hacia el punto de inicio de la fractura. Con una fractura por impacto frágil, la superficie es rugosa pero no rasgada y, a veces, tendrá un aspecto cristalino (particularmente bajo una carga de alta velocidad de deformación, por ejemplo, en una muestra Charpy).

Tipos de fractura frágil

Hay dos tipos principales de fracturas frágiles:

  1. transgranular y
  2. intergranular.

En las fracturas transgranulares, la fractura atraviesa la fibra del material. Cambia de dirección de un grano a otro debido a la diferente orientación de la red de los átomos en cada grano, siguiendo el camino de menor resistencia.

La fractura intergranular frágil , por otro lado, ocurre cuando una grieta viaja a lo largo de los límites de los granos, en lugar de a través de los granos mismos. La fractura intergranular suele ocurrir cuando la fase en el límite del grano es débil y quebradiza.

Para reducir el riesgo de fractura frágil, uno debe asegurarse de mantener los materiales operando en o por encima de su temperatura de transición de frágil a dúctil durante el servicio y las pruebas. Del mismo modo, al realizar reparaciones, tomar medidas para establecer y encontrar fallas que puedan debilitar el material mientras está en servicio o durante las pruebas de presión reducirá las posibilidades de fractura frágil.

fractura frágil vs fractura dúctil

La fractura frágil significa la fractura del material sin deformación plástica o con una deformación plástica muy pequeña antes de la fractura. La roca, el hormigón, el vidrio y el hierro fundido tienen todas estas propiedades, por lo que se denominan materiales quebradizos. La fractura dúctil significa la fractura del material con una gran deformación plástica antes de la fractura. La fractura de acero blando y otros metales blandos, caucho y plásticos es una fractura dúctil.