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7. Propiedades Mecánicas ll

• Mecánica de la fractura
• Disciplina que trata con el comportamiento de
los materiales que contienen grietas u otras
imperfecciones menores
• Imperfecciones: orificios pequeños,
inclusiones o microgrietas, no se refiere a los
defectos al nivel atómico como las vacancias o
dislocaciones

• Tenacidad a la fractura
• Mide la habilidad de un materia que contiene
unaimperfección para soportar una carga
aplicada
• Prueba:
• Se aplica un esfuerzo de tensión a un espécimen
preparado con una imperfección de tamaño y
geometría conocidos
• El factor de intensidad del esfuerzo K es

K  f a

f es un factor geométrico para el espécimen

 es el esfuerzo aplicad
a es el tamaño de la imperfección

• Para una muesca de borde
sencillo f=1.12
• Se define la tenacidad ala
fractura:
• Kc= K requerido para que se
propague una grieta
• Kc depende del grosor de la
muestra

• Al valor constante Klc
pulg =1.0989MPa
• Unidad:

m

• Importancia de la mecánica de la fractura
• Permite diseñar y seleccionar materiales mientras se
toma en cuenta la presencia inevitable de perfecciones
•
•
•
•
•

Variables a considerar:
Propiedades del material (Kc o Klc)
El esfuerzomáximo que el componente puede soportar
Tamaño de la imperfección a
Conociendo dos de estas dos variables se puede
determinar la tercera

• Problema
• Un compuesto con matriz cerámica contiene
imperfecciones internas tan largas como 0.001
cm de longitud. La tenacidad a la fractura en
estado de deformación es de 45MPa√m y la
resistencia a la tensión es de 550 MPa. ¿el
esfuerzo causará que el compuestofalle antes
de que se alcance la resistencia a la tensión?
f=1

• Fractura quebradiza
• Una grieta o imperfección limita la
habilidad de una cerámica para
soportar un esfuerzo de tensión
• Una grieta (imperfección de
Griffith) concentra y magnifica el
esfuerzo aplicado
• Cuando se aplica unesfuerzo de
tensión σ, el esfuerzo real en la
punta de la grieta es

 real  2 a / r

a : longitud de lagrieta
r: es el radio de la grieta

• Si el esfuerzo real σreal excede la resistencia de
fluencia, la grieta crece y con el tiempo
ocasiona una falla, aun cuando el esfuerzo
aplicado nominal σ es pequeño
• El esfuerzo crítico requerido para propagar la
grieta esta dado por la ecuación de Griffith
 crítico 

2 E
a

a : es la longitud de una grieta en la superficie

 : es la energía en lasuperficie pr unidad de área

• Problema
• Suponga que una cerámica avanzada sialon (acrónimo
para SiAION) u oxinitruro de silicio y aluminio, por sus
siglas en inglés), posee una resistencia a la tensión de
60000 psi. suponga que este valor es para una
cerámica sin imperfecciones . Se observa una grieta de
0.01 pulg de profundidad antes de que se pruebe una
parte de sialon. La parte falla de manerainesperada a
un esfuerzo de 500 psi por la propagación de la grieta.
Calcule el radio de la punta de la grieta.

• Una pieza cerámica para el motor de un jet tiene
una resistencia de fluencia de 75000 psi y una
tenacidad a la fractura en estado de deformación
plana de 500 psi√pulg. Para asegurarse que la
pieza no falle se planea asegurar que el esfuerzo
máximo aplicado sea de sólo un tercio de laresistencia de fluencia. Se utiliza una prueba no
destructiva que detectará cualquier imperfección
interna mayor a 0.05 pulg de largo. Suponga que
f=1.4, ¿esta pruebla no destructiva posee la
sensibilidad requerida? Explique

• Características microestructurales de fractura en
materiales metálicos

• Fractura dúctil
• Ocurre a través de los granos (transgranular) en metales
que tienen buenaductilidad y tenacidad
• Se observa una cantidad considerable de deformación
incluyendo estricción (reducción de la sección que se
produce en la zona de ruptura) en e componente fallido
• Ocurre ntes de la fractura final

• Prueba de tensión
• La fractura dúctil comienza con la
formación de núcleos,
crecimiento y coalescencia de los
microvacíos en el centro de la
barra de prueba
• El área de...