ENSAYOS DE IMPACTO
Mecánica de la fractura
La mecánica de la fractura es la disciplina que estudia el comportamiento del material en presencia de defectos.
Se entiende por fractura a la separación de un cuerpo en dos o más partes tras una solicitación mecánica. El proceso de fractura tiene lugar en dos etapas:
- Formación
- Propagación de la fisura
Las fracturas puede clasificarse en:
- Dúctil: con deformación plástica previa a la rotura.
- Frágil: sin deformación plástica. Es súbita y catastrófica, con propagación rápida de la fisura.
Modos de fractura
- Modo I: modo de abertura
- Modo II: modo de deslizamiento
- Modo III: modo de desgarro
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| Modos de fractura |
Tenacidad a fractura
- Condición de fractura
La fractura súbita de un elemento estructural tiene lugar cuando el factor de intensidad de tensiones alcanza un valor crítico, que es la tenacidad a fractura del material.
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| Valores de tenacidad a fractura |
Diseño basado en la tenacidad
Las variables a considerar son la tenacidad a fractura, la tensión aplicada y el tamaño de defecto.
Aspectos físicos de la rotura dúctil
- Macroscópicos: mecanismo de propagación de fisuras por desgarro, propio de materiales dúctiles (metales y aleaciones). Hay gran cantidad de deformación plástica. La superficie de fractura es muy rugosa y mate.
- Microscópicos: gran zona plástica en fondo de fisura. Formación y crecimiento de microhuecos. Gran consumo de energía.
Aspectos físicos de la fractura frágil
- Macroscópicos: mecanismo de propagación de fisuras por clivajes. Propio de materiales frágiles (cerámicos o vidrios). Hay poca o nula deformación plástica. La superficie de fractura se ve lisa y brillante.
- Microscópicos: pequeña zona plástica en el fondo de la fisura. Depegue de planos cristalográficos (clivajes). Pequeño consumo de energía.
Tenacidad al impacto
La tenacidad al impacto es la capacidad de un material para resistir cargas dinámicas de impacto.
La tenacidad combina la resistencia y deformabilidad real de un material, expresándose como el trabajo desarrollado por éste cuando se deforma y rompe por efecto de una fuerza súbita exterior.
Los materiales tenaces absorben con facilidad la energía cinética de una masa que choca contra ellos.
- Resistencia al impacto: energía consumida en la rotura producida por el choque de otro cuerpo. El método principal para determinar esta propiedad es el ensayo Charpy.
En la gráfica la energía de impacto corresponde al área delimitada por la curva Fuerza-Desplazamiento; y la energía de impacto por unidad de volumen se corresponde con el área bajo la curva Tensión-Deformación.
Ensayo Charpy
Las máquinas empleadas en este ensayo constan de un péndulo provisto de una maza que parte de una altura (h0), cae describiendo un arco, golpea y rompe la probeta alcanzando una elevación menor al final (hf). Con estos valores se calcula la diferencia de energía potencial, que es la energía de impacto absorbida por la probeta durante su rotura.
El ensayo Charpy se realiza a varias temperaturas para definir la curva de transición dúctil-frágil. Siendo su uso principal la selección de materiales resistentes a la rotura frágil.
- A bajas temperaturas el material se comporta de forma frágil (energía absorbida pequeña).
- A altas temperaturas el material el comportamiento será dúctil (energía absorbida alta).
- La zona intermedia es la zona de transición.
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| Curva de transición frágil-dúctil |
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