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Materiales Aeronáuticos

Abril - 2010

CONCEPTOS BÁSICOS DE LA MECÁNICA DE FRACTURA.
Se puede definir a la Fractura como la culminación del proceso de deformación plástica. En
general, se manifiesta como la separación o fragmentación de un cuerpo sólido en dos o más
partes bajo la acción de un dado estado de cargas.
Algunos metales sometidos a un ensayo de tracción presentarán unaestricción en la zona central
de la probeta para romper finalmente con valores de reducción de área que pueden llegar en
algunos casos al 100%. Este tipo de fractura se denomina dúctil.
Por el contrario, muchos sólidos presentan fracturas precedidas por cantidades muy pequeñas de
deformación plástica, con una fisura propagándose rápidamente a lo largo de planos
cristalográficos bien definidos queposeen baja energía superficial. Este tipo de fractura se
denomina frágil.

Existe sin embargo considerable confusión respecto de la manera de diferenciar entre ambos
tipos de fractura. Esto obedece fundamentalmente a que en general se tiende a considerar el
proceso global de deformación que conduce al fenómeno de fractura. Ahora bien, un metal
puede fallar por clivaje, que es un proceso defractura frágil, luego de una deformación
macroscópica importante. Del mismo modo, es posible tener en un metal una deformación
plástica global despreciable, que finalmente falla de manera dúctil.
La confusión se reduce si en lugar de considerar el proceso global de deformación que precede a
la fractura, se tiene en cuenta la deformación localizada en el material que rodea al vértice de lafisura durante la propagación de la misma. De este modo, la fractura frágil es aquella en la cual
la fisura se propaga con muy poca deformación plástica en su vértice, mientras que la fractura
dúctil es aquella que progresa como consecuencia de una intensa deformación plástica asociada
al extremo de la fisura.
Si bien la diferenciación anterior es de gran importancia conceptual, desde el punto devista
ingenieril es también importante caracterizar el proceso de fractura según que el mismo se
produzca de manera rápida o lenta. De este modo, la fractura rápida se caracteriza por la
propagación inestable de una fisura en una estructura. En otras palabras, una vez que la fisura
comienza a crecer, el sistema de cargas es tal que produce una propagación acelerada de aquella.
Este tipo defractura rápida puede o no ser precedida por una extensión lenta de la fisura. La
característica de este tipo de fractura lenta es una propagación estable que requiere para su
mantenimiento un incremento continuo de las cargas aplicadas.
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En la mayoría de los casos de fallas en servicio de estructuras por fractura rápida, estas fueroniniciadas por tensiones nominales aplicadas inferiores a las de diseño. Esto contribuyó al carácter
catastrófico de las fallas y llevó a que ellas fueran consideradas en general como fracturas
frágiles, independientemente de la naturaleza de los micromecanismos de rotura asociados al
vértice de las fisuras. Nosotros retendremos este concepto ingenieril de fractura frágil,
entendiendo por aquella en lacual el inicio de la inestabilidad se produce con tensiones
nominales aplicadas inferiores a las requeridas para llevar al ligamento no fisurado a un estado
de fluencia generalizado.
En la práctica, todas las estructuras ingenieriles contienen fisuras, o defectos tipo fisuras a alguna
escala, en la mayoría de los casos detectables por medio de ensayos no destructivos. Muchas
veces, un ENDrevela algún defecto; como en general la estructura o pieza se ha estado
comportando satisfactoriamente, se produce la discusión si el defecto deberá ser reparado o no.
La situación se complica cuando se sabe, o se sospecha, que el defecto puede crecer lentamente
por fatiga o por acción del medio ambiente. Además, sabemos que cuando existen ciertas
condiciones, se puede producir una fractura...