DATOS INFORMATIVOS DE

LAS CAUSAS DE LA FALLA.

Introducción.

Frecuentemente ocurren fallas. El origen de estas fallas se encuentran en un diseño inadecuado, en una mala selección de materiales, un mal procesamiento o en la aplicación inadecuada. Cuando se consideran los muchos millones de piezas metálicas que se fabrican y ponen en servicio, no es raro que algunas fallarán prematuramente.

Ciencia de los materiales II M. en C. José Rubén Aguilar Sánchez. Cédula profesional: 1057705 Simplemente, desde el punto

estadístico, no es razonable, con la práctica de la ingeniería, no esperar fallas; sin embargo, aunque el número de fallas de una componente dada sea pequeño, son importantes porque pueden afectar el prestigio del fabricante en cuanto a confiabilidad.

6.2.1 Defectos por diseño.

as componentes deben ser diseñadas para a) permitir que el material resista al máximo esfuerzo que se espera se aplique durante el servicio, b) evitar las concentraciones de esfuerzos que provocan que el metal falle bajo cargas menores a las esperadas, y c) asegurarse que el deterioro del material durante el servicio no provoque la falla bajo las cargas menores esperadas. Las fallas por termofluencia, fatiga o esfuerzo- corrosión ocurren bajo esfuerzos muy por debajo del esfuerzo de fluencia. El diseño del componente debe estar basado en los datos apropiados de termofluencia. Fatiga o esfuerzo- corrosión, no en el esfuerzo de fluencia. Los diseñadores no deben introducir celdas galvánicas cuando las componentes son fabricadas, particularmente partiendo de materiales diferentes. Las concentraciones de esfuerzos producidos por muescas en el diseño, tales como entrantes agudas, deben evitase. Las esquinas muy acentuadas concentran los esfuerzos de modo que las grietas por fatiga o por corrosión puedan nuclear más fácilmente.

Fallas debidas a consideraciones de diseño defectuoso o mala aplicación del material:

1. Falla dúctil (exceso de deformación, elástica o plástica y fractura por rasgadura o corte).

2. fractura frágil (debido a imperfecciones o concentración de esfuerzos localizada de intensidad crítica).

3. falla por fatiga (cargas cíclicas, deformación cíclica, calor cíclico, fatiga por corrosión, fatiga pro contacto durante el rodamiento y fatiga por rozamiento).

4. falla pro alta temperatura (fluencia, oxidación, fusión local y deformación).

5. fracturas estáticas demoradas (fragilización por hidrogeno, fragilización cáustica y lento crecimiento de imperfecciones estimuladas por el ambiente).

6. concentraciones de esfuerzos localizadas excesivamente severas, inherentes en el diseño.

7. inadecuado análisis de esfuerzos, o imposibilidad de efectuar un cálculo racional de esfuerzos en una pieza compleja.

8. error al diseñar con base en propiedades estáticas tensiles, en vez de las propiedades significativas del material que miden la resistencia del material a cada posible modo de falla.

6.2.2 Defectos en proceso de fabricación o de manufacturación.

Todas las componentes con terminado son en algún momento sometido a algún tipo de procesamiento: moldeo, conformado, maquinado, unión o tratamiento térmico para producir la forma, el tamaño y las propiedades adecuadas. Sin embargo, puede introducirse una gran diversidad de defectos.

Ciencia de los materiales II M. en C. José Rubén Aguilar Sánchez. Cédula profesional: 1057705 El ingeniero debe diseñar para

compensar estos defectos, o bien detectar su presencia y rechazar el material o corregir la falla. La siguiente figura ilustra algunos defectos típicos que pueden ser introducidos en el material durante el procesamiento.

Fallas debidas al procesamiento defectuoso:

1. imperfecciones debidas a composición defectuosa (inclusiones, impurezas que fragilicen la pieza y material equivocado).

2. defectos que se originan durante la manufactura de lingotes y piezas de fundición (segregación, interior defectuoso, porosidad, cavidades centrales por contracción durante la solidificación, e inclusiones no metálicas).

3. defectos debidos al trabajo (dobleces, costuras fisuras internas y discontinuas, grietas por fragilidad, deslaminación y exceso de deformación local).

4. irregularidades y errores debidos al maquinado, esmerilado o estampado (ranuras, quemaduras, rasgaduras, escamas, fisuras y fragilización).

5. defectos debidos a la a la soldadura (porosidad, acanaladuras, fisuras, tensión residual, falta de penetración, presencia de fisuras debajo de los puntos de soldadura y zona afectada por calor).

6. anormalidades debidas al

tratamiento térmico (sobrecalentamiento, quemadura,

presencia de fisuras por templado, crecimiento de grano, excesiva austenita retenida, descarburazación y precipitación).

7. imperfecciones debidas al endurecimiento superficial (carburos

intergranulares, núcleo suave y ciclos térmicos erróneos).

8. defectos debidos a los tratamientos

superficiales (limpiado, electrodepositado, revestido, difusión

química y fragilización por hidrogeno). 9. ensamble descuidado (mal acoplamiento de las piezas de acoplamiento, polvo o abrasivo atrapado, esfuerzo residual, ranuras o daño de piezas y causas semejantes).

10. fallas en la línea de separación en el forjado debido a deficientes propiedades transversales.

6.2.3 Daños durante la operación.

En el comportamiento de un material influyen las condiciones de servicio, incluye el tipo de carga, el medio ambiente y la temperatura a la que esta expuesto. Otro origen de fallas es el uso inapropiado del material en servicio. Esto incluye la sobrecarga del material, por ejemplo, usar una cadena para levantar un tanque cuyo peso excede la capacidad de carga de la cadena. Un mantenimiento inadecuado, como la lubricación deficiente de las partes móviles, pueden conducir a un desgaste adhesivo, a un sobrecalentamiento y a la oxidación. En caso de

sobrecalentamiento, la microestructura cambia y decrece la

resistencia a la ductibilidad del metal. Fallas debidas al deterioro durante las condiciones de servicio:

1. condiciones de aplicación de cargas excesivas o imprevistas.

2. desgaste (erosión, daño superficial por fricción, aferramiento, rasuración y cavitación).

3. corrosión (incluyendo ataque químico, esfuerzo por corrosión,

Ciencia de los materiales II M. en C. José Rubén Aguilar Sánchez. Cédula profesional: 1057705 fatiga por corrosión, deszincificación,

grafitización de hierro fundido y contaminación por la atmósfera).

4. mantenimiento inadecuado o mal dirigido o reparación impropia (soldadura, esmerilado, agujeros por

horadación con punzón, enderezamiento en frío, etc.).

5. desintegración debida a ataque químico o ataque por metales líquidos o electrodepositación a temperaturas elevadas.

6. daño por radiación (algunas veces se debe descontaminar para examinarse, lo cual puede destruir alguna evidencia vital de la causa de la falla), varia con el tiempo, la temperatura, el ambiente y la dosificación.

7. condiciones accidentales (temperaturas anormales de operación, vibración severa, vibraciones sónicas, colisiones por impacto o imprevistas, desgaste, choque térmico, etc.).

6.3 ESTUDIO DE LABORATORIO.