Fuente: elaboración propia.
Los materiales de naturaleza dúctil bajo tracción o flexión fracturan, bien sea siguiendo el esfuerzo cortante máximo en piezas delgadas (45o respecto al esfuerzo de tracción normal, en modos II y/o III), o mediante una combinación de fractura perpendicular al esfuerzo normal de tracción máximo (modo I) y labios de corte laterales que siguen al cortante máximo (modos II y/o III), lo cual se da en piezas gruesas. Bajo torsión o cortante puro, la fractura sigue el cortante máximo (modos II y/o III) (figura 3.37).
Figura 3.37 Orientación de las superficies de fractura súbita dúctil, en función del tipo de carga aplicada
Nota. Tracción en pieza delgada (izquierda); tracción en pieza gruesa (centro izquierda); torsión (centro derecha); cortante puro o desgarre (derecha). Bajo flexión, el lado de tracción generado por esta carga mostrará una orientación similar a la de las dos figuras a la izquierda en función del espesor. La superficie de fractura puede ser perpendicular al máximo esfuerzo normal generado o colineal con el máximo esfuerzo cortante.
Fuente: elaboración propia.
En piezas hechas de materiales dúctiles, dependiendo de su espesor, se tendrá bajo carga de tracción o flexión: una fractura predominantemente perpendicular a la dirección del esfuerzo normal, con textura fibrosa (pieza gruesa), una formando un labio de corte a 45o siguiendo los esfuerzos cortantes máximos, con textura tersa (pieza delgada), o una mezcla de ambos (espesor intermedio) (figura 3.38). De nuevo, como se ha mencionado antes, decir pieza delgada o gruesa es relativo a cada material, y se encuentra en general que, a mayor tenacidad de fractura del material, la zona límite entre delgado y grueso se correrá a mayores valores de espesor.
Figura 3.38 Fracturas dúctiles a tracción en función del espesor
Nota. Superficie fibrosa perpendicular a la dirección del esfuerzo de tracción, en pieza gruesa (izquierda); superficie fibrosa central perpendicular a la dirección del esfuerzo de tracción y labios de corte laterales con textura plana, formado 45o respecto al esfuerzo normal, en pieza de espesor intermedio (central); superficie a 45o siguiendo el cortante máximo con textura tersa, en pieza delgada (derecha).
Fuente: elaboración propia.
3.5.6 Fractografía de las fracturas súbitas mixtas
Las fracturas súbitas mixtas se forman por condiciones intermedias entre las que favorecen a las fracturas frágiles y a las fracturas dúctiles, como son: (1) un material intermedio entre dúctil y frágil, por ejemplo, un metal de dureza media o un metal fragilizado en límite de grano que promueva fractura intergranular con microvacíos; (2) un estado de esfuerzos intermedio entre esfuerzo plano y deformación plana; (3) un tamaño de pieza o espesor de esta intermedio entre grande y pequeño; (4) una temperatura ubicada en la zona de transición dúctil-frágil del material; (5) una velocidad de aplicación de carga intermedia entre impacto y cuasiestática.
Las fracturas mixtas mostrarán características de deformación, marcas en la superficie de fractura, textura y mecanismos de fractura combinados, entre los típicos de las fracturas dúctiles y los de las frágiles. No existen criterios unificados que permitan establecer una clara división entre fracturas dúctiles y fracturas frágiles. Piénsese en el siguiente caso: si se encuentra una fractura donde una pieza metálica no muestre a escala macro distorsión visible o deformación, pero a escala micro, mediante observación con estereoscopio y MEB, se advierte formación de microvacíos, ¿cómo debe clasificarse esta fractura?, ¿frágil, por la no presencia de deformación de la pieza, o dúctil, por la presencia de los microhuecos?, y ¿qué tal si además se halla que los microhuecos están en algunas zonas de las superficies de fractura y en otras hay clivaje? La respuesta no es sencilla, algunos analistas podrán responder: a escala macro es una fractura frágil y a escala micro será dúctil si el porcentaje en área ocupada por los microvacíos supera el del clivaje. En este texto fracturas súbitas que presenten situaciones como esta o similares son las que llamaremos súbitas mixtas.
Bajo inspección a simple vista, con lupas o estereoscopio, se podrán encontrar marcas de dirección de crecimiento de grietas (Ratchet, radiales o de río) o marcas de posición del frente de grieta. En cuanto a la textura se encontrará que será granular si predomina el micromecanismo de descohesión intergranular y/o el de clivaje, o fibrosa si son los microvacíos los que predominan (figura 3.39).
Figura 3.39 Superficie de fractura súbita mixta
Nota. Superficie de fractura súbita mixta de un acero bonificado, donde predomina una textura central granular con marcas radiales y en los bordes hay un labio de corte con textura tersa (izquierda); superficie de fractura súbita mixta de un acero bonificado, donde se combinan en la región central la textura fibrosa y la granular, y en los bordes se tiene un labio de corte con textura tersa (derecha).
Fuente: elaboración propia.
Algunos ejemplos de casos de fracturas mixtas son, a saber:
1. Fracturas macroscópicamente dúctiles, en cuya superficie haya participación de micromecanismos frágiles (intergranular y/o clivaje). Puede ser el caso de materiales con heterogeneidades estructurales, donde globalmente muestran una alta elongación, pero al formarse la fractura, esta se ve influida por la presencia de fases frágiles.
2. Fracturas macroscópicamente frágiles, en cuya superficie de fractura haya participación de micromecanismos dúctiles (microhuecos), lo cual es común que se presente con piezas de material dúctil, pero con concentradores de esfuerzo severos que promueven un estado de deformación plana que limita la ductilidad de la pieza.
3. Combinación de clivaje y microvacíos en una superficie de fractura, esto corresponde a uno de los tipos de cuasiclivaje, el cual se puede presentar por ejemplo en aceros de medio carbono bonificados de durezas intermedias a altas, 45 RC y superiores, figura 3.40 (superior izquierda).
4. Combinación de intergranulary microvacíos en una superficie defractura, lo que sugiere que hay presencia parcial de elementos químicos o partículas fragilizantes en límites degrano, figura3.40 (superiorderecha).
Figura 3.40 Imágenes de MEB de superficies de fractura súbitas mixtas en aceros bonificados
Nota. Cuasiclivaje, donde se presenta una mezcla de clivaje con formación de microvacíos (superior izquierda); mezcla de zonas donde granos fracturan transgranularmente por microvacíos y otras donde hay descohesión intergranular (superior derecha); fractura intergranular con formación de microvacíos (inferior). En este caso se nota la textura intergranular, pero la fractura fue precedida de formación de microhuecos cerca a los límites de grano, esto también se conoce como cavitación en límite de grano.
Fuente: elaboración propia.
5. Zona central de la superficie de fractura con clivaje y/o intergranular y formación de labio de corte en los bordes con microvacíos, donde este labio se puede formar al final de la propagación de las grietas frágiles, y el remanente del material,