Definición de Falla

Se considera que una pieza ha fallado cuando se cumple alguna de las siguientes condiciones:

• El equipo no responde.
• El equipo es operable pero no satisface las especificaciones de diseño.
• Su falla es evidente y no da confianza en su funcionamiento continuo.

Objetivos del Análisis de Fallas

Los objetivos para realizar un análisis de falla son:

• Determinar las causas de la falla para mejorar las prácticas en la ingeniería (razones técnicas).
• Recopilar información para posibles litigios (razones legales).
• Prevenir futuros accidentes que puedan ocasionar daños cuantiosos a la propiedad o pérdida de vidas humanas.

Tipos de Fractura

Fractura Frágil

Se caracterizan por una rápida propagación de la grieta, con un menor consumo de energía que la fractura dúctil y sin deformación plástica generalizada apreciable.

• Ausencia de deformación plástica en el material.
• Marcas de Chevron: Apuntan hacia el origen de la grieta.

Fractura Dúctil

Se caracterizan por un desgarramiento del metal, acompañado de una apreciable deformación plástica generalizada y con un considerable consumo de energía.

• Tiene que estar presente la deformación (estricción).
• Fracturas planas: Se producen bajo condiciones de deformación plana, es decir, en secciones gruesas, con estricción y típicamente ocurre en dirección perpendicular a la dirección de carga.
• Fractura corte: Se produce bajo condiciones de tensión plana, es decir, en secciones delgadas o cerca de superficies libres, con o sin estricción.

Otros Tipos de Falla

Fatiga

Es un modo de falla de tipo mecánico, que produce una fractura de tipo frágil. Se produce por la aplicación de tensiones cíclicas o repetidas, las cuales pueden ser bastante inferiores a la tensión de fluencia nominal del material.

Variables que influyen en el comportamiento de la fatiga:

• Temperatura
• Medio ambiente
• Presencia de una tensión media
• Acabado superficial
• Forma del tamaño de la probeta o pieza
• Presencia de tensiones residuales
• Microestructura

Marcas de progresión de las superficie de fractura por fatiga:

• Marcas de playa
• Marcas de marea
• Marcas tipo concha de almeja

Conformado de los Materiales

El conformado de los materiales, mediante procesos como forjas, laminado, trefilado y acuñado, puede generar tensiones residuales que influyen en la resistencia del material.

Acero

El acero es un material que se caracteriza por su ductilidad y resistencia mecánica. Sin embargo, existen condiciones que pueden fragilizarlo:

• Estados triaxiales de tensión
• Bajas temperaturas o temperaturas de transición dúctil-frágil
• Alta velocidad de deformación

Tenacidad a la Fractura

Es una propiedad de cada material que describe su resistencia a la propagación de grietas.

Tolerancia al Daño

Se basa en técnicas de ensayo no destructivos, que permiten detectar la presencia de grietas en un material sin comprometer su integridad.

Proceso de Fractura

La fractura es el proceso de separación o fragmentación de un cuerpo sólido en dos o más partes. Este proceso puede ocurrir de varias maneras:

• Aplicación lenta de cargas externas
• Aplicación rápida de cargas externas (impacto)
• Cargas cíclicas o repetidas (fatiga)
• Deformación dependiente del tiempo y la temperatura bajo una carga constante (creep)

Etapas en el proceso de fractura:

• Acumulación de daño
• Nucleación de una o más grietas
• Propagación de una grieta hasta completar la separación del material

Tipos de Modo de Fractura

• Modo de abertura
• Modo deslizante
• Modo desgarrante

Corrosión

La corrosión es un defecto producto de la interacción de un metal con el medio. Se define como el deterioro y pérdida de material debido a la interacción química o electroquímica entre el medio y el material.

Clasificación de los Procesos de Corrosión

Según el Medio

• Gaseoso:
  • Atmósfera contaminada: industrial, marina, urbana, tropical, o combinación de las anteriores.
  • Atmósfera no contaminada o rural
• Sólido:
  • Suelos arenosos, arcillosos, etc.
• Líquido:
  • Aguas naturales (dulces y salinas)
  • Otros líquidos como alcoholes, ácidos, etc.

Según su Naturaleza

• Corrosión química: Hay ausencia de transferencia de electrones.
• Corrosión electroquímica: Existe transferencia de electrones.

Según la Forma de Ataque

• Corrosión uniforme: El ataque se extiende en forma homogénea sobre la superficie metálica.
• Corrosión en placas: El ataque es ligeramente más pronunciado en algunas regiones.
• Corrosión por picado: “Pitting”, consiste en un ataque localizado y profundo.
• Corrosión intergranular: Se produce a través de los bordes de grano de una estructura bifásica.
• Corrosión bajo tensiones: Puede presentarse cuando un metal está sometido simultáneamente a la acción de un medio corrosivo y a tensiones mecánicas de tracción.
• Corrosión-Erosión: Se produce en metales por los cuales circulan líquidos que están en régimen laminar o turbulento.
• Corrosión-Cavitación: Consiste en la formación de burbujas de vapor del líquido, debido a que la presión de vapor del líquido llega a ser menor en algunos puntos de la masa líquida que la verdadera tensión de vapor.
• Corrosión Selectiva: Se presenta en aleaciones en las que los aleantes difieren bastante entre sí en sus potenciales electroquímicos.
• Corrosión por fricción: “Fretting”. Es el deterioro que se produce en las áreas de contacto entre dos materiales sometidos a pequeños movimientos relativos de deslizamiento o vibratorio.

Tipos de Corrosión

• Corrosión química:
  1. La superficie del metal aparece limpia y brillante por cierto tiempo.
  2. Pronto aparecen núcleos de óxido que comienzan a extenderse sobre la superficie del metal.
  3. Se produce el engrosamiento del óxido resultante de este conglomerado de núcleos.
• Corrosión electroquímica:
  • Dos o más metales distintos en contacto
  • Presencia de fases diferentes en una misma aleación
  • Presencia de capas de óxidos conductores de electrones
  • Diferentes grados de aireación de una pieza metálica
  • Corrientes inducidas por circuitos eléctricos mal aislados
• Corrosión galvánica:
  • Debe haber un camino eléctrico común.
  • Presencia de un electrolito (conductor de cobre).
  • Potenciales eléctricos distintos.

Mg y Zn: Siempre tienden a ir a la solución, sea cual sea la concentración de iones, se usan como ánodo de sacrificio.

Pilas galvánicas: El electrodo con menos potencial es el que se corroe.

Sistemas de Protección Anticorrosiva

• Protección catódica: Consiste en polarizar el metal de modo que su potencial llegue hasta condiciones de inmunidad.
  • Tres regiones: corrosión, inmunidad y pasivación.
  • Corriente impresa
  • Ánodo de sacrificio
• Protección anódica: Formación de películas protectoras pasivas en las superficies de los metales y aleaciones.
• Pasivación: Formación de una capa superficial de protección de productos de reacción que inhiben reacciones posteriores.

Creep

El creep es un fenómeno de deformación que ocurre en materiales sólidos sometidos a una tensión constante a altas temperaturas. Se produce por el movimiento de dislocaciones y la difusión de átomos en la red cristalina.

Tipos de Ensayos de Creep

• Ensayo de creep: Mide la variación de dimensiones que se produce durante la exposición a altas temperaturas.
• Ensayo de tracción hasta la ruptura: Mide el efecto de la temperatura sobre la resistencia a la tracción.

Factores que Influyen en el Creep

• Tiempo
• Temperatura
• Tensión aplicada

Mecanismos de Creep

• Creep por movimiento de dislocaciones: Las dislocaciones vencen la resistencia intrínseca de la red y el efecto de obstrucción de los obstáculos.
• Creep difusional: Se produce a velocidades de creep muy bajas, cuando la difusión de átomos es el mecanismo dominante.

Etapas del Creep

• Primario: Velocidad de deformación decreciente.
• Secundario: Velocidad de deformación (de creep) constante.
• Terciario: Velocidad del creep crece hasta la rotura.

Diferencia entre Fatiga y Creep

En la fatiga se necesita un número de ciclos de carga para que se produzca la falla, mientras que en el creep se necesita tiempo a una tensión constante.

Desgaste

El desgaste es la pérdida de material de una superficie sólida debido a la acción mecánica de otra superficie. Es consecuencia del rozamiento metal-metal entre dos superficies, y es el deterioro sufrido por ellas a causa de la intensidad de la interacción de sus rugosidades superficiales.

Tipos de Desgaste

• Desgaste adhesivo: Ocurre cuando dos superficies están en contacto y una de las superficies pasa a formar parte de la otra.
• Desgaste abrasivo: Es el desgaste como resultado de la presencia entre las superficies en movimiento relativo de partículas extrañas de igual o mayor dureza a la de los materiales que lo conforman.
• Desgaste corrosivo: Es consecuencia de la presencia de un aceite oxidado o de la contaminación de este con agua o con ácido del proceso o del medio ambiente.
• Desgaste erosivo: Es causado por un fluido a alta presión y con partículas sólidas en suspensión. Las cuales al impactar sobre las superficies arrancan material de ellas.
• Fatiga superficial: Es consecuencia de los esfuerzos cíclicos de tensión, compresión y esfuerzo cortante sobre la superficie, dando resultado a grietas profundas de fatiga que causan finalmente la aparición de picaduras y de escamas.
• Desgaste por cavitación: Se produce desgaste producto del fenómeno hidráulico de la cavitación.
• Desgaste por corriente eléctrica: Se presenta como consecuencia del paso de corriente eléctrica entre los elementos de una máquina.

Tribología: Disciplina que estudia el fenómeno del desgaste y cómo recuperar piezas desgastadas.

Etiquetas: análisis de fallas, corrosión, fatiga, fractura