Tipos de Fractura en Metales y Métodos de Inspección No Destructiva

Fractura Dúctil

Se produce de manera transgranular en metales con buena ductilidad y tenacidad. Su causa principal es la sobrecarga o la aplicación de una tensión elevada al material. La deformación por deslizamiento contribuye a la fractura dúctil del material. La dirección del movimiento de la grieta no es perpendicular a la dirección de la tensión aplicada. En un ensayo de tracción, el proceso comienza con la nucleación, crecimiento y coalescencia de microvacíos. En una placa fina, la estricción es menos marcada y la superficie de fractura puede presentar una cara de corte. La velocidad de formación de la grieta es lenta, y esta grieta es estable durante un ciclo de vida prolongado. Las superficies de fractura no son brillantes y muestran deformación y desgarro en el material. Se observan evidencias de estricción, fractura aplanada y un pequeño labio de corte.

Fractura por Fatiga

Ocurre cuando se aplica una tensión cíclica, incluso si esta es inferior a la resistencia a la tracción del material, pero superior al límite de resistencia a la fatiga. La fractura se desarrolla en un proceso de tres etapas:

• Nucleación de la grieta: Inicio de la fisura, generalmente en puntos de concentración de tensiones.
• Propagación lenta y cíclica de la grieta: Crecimiento gradual de la fisura con cada ciclo de carga.
• Fallo catastrófico del metal: Fractura final rápida cuando la grieta alcanza un tamaño crítico.

La superficie de la fractura cercana a su origen suele ser lisa (marcas de playa), mientras que la zona de fractura final se vuelve más rugosa o áspera a medida que la grieta principal aumenta de tamaño, pudiendo adquirir una apariencia fibrosa.

Fractura Frágil

Se produce en metales de alta resistencia mecánica o en aquellos con baja ductilidad y tenacidad. Se caracteriza por presentar poca o ninguna deformación plástica antes de la rotura. La iniciación de la grieta suele originarse en pequeños defectos o puntos donde se produce una concentración de tensiones. La superficie de fractura es típicamente plana y perpendicular al esfuerzo aplicado en un ensayo de tracción. La grieta es inestable y se propaga a alta velocidad.

Ensayos No Destructivos (END)

Los Ensayos No Destructivos (END) son técnicas de inspección que no requieren destruir o alterar permanentemente las piezas o probetas ensayadas. Se utilizan para evaluar la integridad de los materiales, detectar la presencia de defectos (superficiales o internos) y discontinuidades. Son fundamentales para inspeccionar materiales durante y después de los procesos de transformación, así como para evaluar componentes en servicio.

Técnicas Comunes de END

• Inspección visual
• Líquidos penetrantes
• Partículas magnéticas
• Radiología industrial
• Ultrasonidos

Partículas Magnéticas

Esta técnica se aplica exclusivamente a materiales ferromagnéticos y es eficaz para detectar fisuras superficiales y subsuperficiales (muy cercanas a la superficie). El procedimiento consiste en magnetizar la pieza y luego aplicar partículas finas de material ferromagnético (secas o en suspensión líquida) sobre su superficie. Si existe una discontinuidad, esta interrumpe el flujo magnético, creando campos de fuga donde las partículas se acumulan, revelando así el defecto. Para una detección óptima, el campo magnético debe aplicarse de forma que corte transversalmente al defecto. La visualización de las indicaciones requiere condiciones de iluminación adecuadas (luz blanca o ultravioleta, según las partículas usadas).

Radiología Industrial

Utiliza radiación electromagnética penetrante (rayos X o rayos gamma) capaz de atravesar el material inspeccionado. La radiación se genera mediante un tubo de rayos X o una fuente radiactiva (como Iridio-192 o Cobalto-60). Al atravesar la pieza, la radiación es absorbida de manera diferencial según el espesor y la densidad del material, y la presencia de discontinuidades internas. La imagen resultante, registrada en una película radiográfica o un detector digital, revela discontinuidades internas (como poros, inclusiones o grietas) como variaciones en la densidad de la imagen.

Ultrasonidos

Se basa en la capacidad de los materiales para transmitir y reflejar ondas elásticas de alta frecuencia (ultrasonidos). Un transductor emite pulsos de ultrasonido hacia la pieza. Estas ondas viajan a través del material y son reflejadas (generando ecos) al encontrar una interfaz, como la pared opuesta de la pieza o una discontinuidad interna (grietas, porosidades, inclusiones). Los ecos son captados por el mismo u otro transductor y analizados para determinar la presencia, tamaño y ubicación de los defectos.

Pulvimetalurgia y Propiedades de Polvos

Densidad Aparente

Se define como la masa de un polvo por unidad de volumen total que ocupa, incluyendo el espacio entre las partículas, sin compactar. Se determina midiendo el peso de un volumen conocido de polvo vertido libremente en un recipiente calibrado.

Densidad Aparente Relativa

Es la relación (o cociente) entre la densidad aparente de un polvo o de una pieza compactada (antes o después de la sinterización) y la densidad teórica del material sólido (sin porosidad). Indica el grado de empaquetamiento o compactación alcanzado.

Sinterización

Es un proceso de tratamiento térmico aplicado a un compacto de polvo metálico o cerámico a una temperatura inferior a la de fusión del componente principal. Durante la sinterización, las partículas del polvo se unen entre sí mediante difusión atómica, formando enlaces fuertes y reduciendo la porosidad, lo que confiere resistencia y coherencia a la pieza.

Tipos de Fundición

Fundición Gris

Se caracteriza por la presencia de grafito en forma de láminas o escamas dentro de una matriz metálica que puede ser ferrita, perlita o una mezcla de ambas. Es relativamente frágil a la tracción debido a las escamas de grafito, pero presenta buena maquinabilidad, alta capacidad de amortiguación de vibraciones y buena resistencia al desgaste. Su fractura tiene una apariencia gris. Es de bajo coste.

Fundición Blanca

Se forma cuando el carbono, en lugar de precipitar como grafito, permanece combinado con el hierro formando cementita (Fe3C), generalmente debido a altas velocidades de enfriamiento o a la presencia de elementos aleantes específicos. Es extremadamente dura, frágil y presenta una alta resistencia al desgaste, pero es prácticamente no mecanizable. Su superficie de fractura tiene una apariencia blanca y brillante.