presentación fractografía (v2010)
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FractografFractografííaa
L. Caballero Dpto. de Ciencia de Materiales ETSIC UPM
L. Caballero Dpto. de Ciencia de Materiales ETSIC UPM
Cimbra
Sr. Nederlof, 7 nov. 2005 Sr. Nederlof, 7 nov. 2005
Mecanismos de Fallo• Sobrecarga• Impacto• Fatiga, “Fretting” Fatiga• Fractura Asistida por el Ambiente
Corrosión bajo tensión (SCC)Fragilización por hidrógeno (HE)Fragilización por metales líquidos (LME) Fluencia (Creep)
• Fatiga Asistida por el Ambiente (CF)Cada mecanismo suele producir una tipo de superficie
de fractura específica y, a veces, excluyente.
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Macroscópica: a ojo desnudo o bajos aumentos (lupa binocular).
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Análisis de superficies de fractura:Fractografía
Microscópica: a aumentos altos (microscopio electrónico de barrido).
Fractografía: Macroscópica
Aspecto Global
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Dúctil: gran deformación
Frágil: poca o nula deformación
Fractografía: Macroscópica
• Marcas Radiales
• Marcas en Raspa de Pez
• Líneas de Playa (nunca se cruzan)
• Labios de cortante
Detalles Típicos
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Fractografía: Macroscópica• Marcas Radiales
• Labios de cortante
L. Caballero Dpto. de Ciencia de Materiales ETSIC UPM
ASM Handbook 9, 1974
Fractografía: Macroscópica
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ASM Handbook 9, 1974
• Marcas Radiales• Labios de cortante
Fractografía: Macroscópica
L. Caballero Dpto. de Ciencia de Materiales ETSIC UPM
• Marcas en Raspa de Pez
ASM Handbook 9, 1974
Fractografía: Macroscópica• Líneas de Playa (nunca se cruzan)
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ASM Handbook 9, 1974
SiNo
Fractografía: Macroscópica• Labios de cortante
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ASM Handbook 9, 1974
Fractografía: Microscópica
Huecos (intergranulares o transgranulares)Facetas de Clivaje (transgranulares) Facetas IntergranularesEstrías Transgranulares
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Huecos (Dimples)
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Huecos (Dimples)
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K.E. Puttick, Phil. Mag. vol. 4, p. 964, 1959. H.C. Rogers, Trans. AIME, vol. 218, p. 498, 1966.
http://www.lbl.gov/ritchie/Teaching/MSE212/fractogtalk.pdf
Huecos (Dimples)
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Clivaje (Cleavage)
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Clivaje (Cleavage)
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Clivaje (Cleavage)
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http://www.lbl.gov/ritchie/Teaching/MSE212/fractogtalk.pdflow-carbon steel, Hertzberg
Formación de “River Lines”
Intergranular (idem)
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Intergranular (idem)
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Intergranular (idem)
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Se observan 3 familias de escalones de deslizamiento en las caras de los granos
Estrías de Fatiga (Fatigue Striations)
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Modelo de Laird de la formación por deformación plástica de una estría por ciclo de carga. C. Laird, ASTM STP 415.
Estrías de Fatiga (Fatigue Striations)
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Estrías de Fatiga (Fatigue Striations)
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Resumen de:
Micromecanismos de rotura
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a b c d
a. Intergranularb. Cuasiclivajec. Nucleación, crecimiento y coalescencia de huecosd. Estrías de fatiga
Relación usual entre aspectosMicro y Macro
• Fractura Macroscópicamente Dúctil: Huecos (transgranulares)
• Fractura Macroscópicamente Frágil:Huecos (intergranulares) Facetas de ClivajeFacetas IntergranularesEstrías Transgranulares
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MicroscopMicroscopíía Electra Electróónica de Barrido (SEM)nica de Barrido (SEM)
• Esquema de SEM • Interacción de electrón con átomo • Interacción de haz de electrones con sólido. Zona afectada . Emisiones• Topografía y formación de contraste• Análisis elemental puntual
Apéndice:
Esquema del SEMEsquema del SEM
K L M NK L M N
InteracciInteraccióón de Electrn de Electróón con n con ÁÁtomotomo
K L M NK L M N
K L M NK L M N K L M NK L M N
1 2
3 4
X
InteracciInteraccióón de Electrn de Electróón con n con ÁÁtomotomo
K
L
M
NK
L
M
N
Niveles energNiveles energééticos del ticos del áátomotomo
nnºº atatóómico Zmico ZE
nerg
Ene
rgíí aa
EnergEnergíía de los rayos X sega de los rayos X segúún Zn Z
InteracciInteraccióón de Haz de Electrones con Sn de Haz de Electrones con SóólidolidoZona afectada . Emisiones
Zonas de Zonas de —— electrones secundarioselectrones secundarios—— electrones elelectrones eláásticamente sticamente retrodispersadosretrodispersados—— rayos Xrayos X
Haz Haz
El tamaño de la zona afectada aumenta con la energía del haz y al disminuir el nº atómico Z del blanco
TopografTopografíía y formacia y formacióón de contrasten de contraste
Emisión que escapa según la topografía de la superficie
Imagen en la pantalla
AnAnáálisis elemental puntuallisis elemental puntual
nnºº atatóómico Zmico Z
Ene
rgE
nerg
íí aaEnergEnergíía de los rayos X sega de los rayos X segúún Zn Z
La especificidad de la energía de los rayos X emitidos por cada elemento permite identificarlo casi siempre
Espectro de una inclusión de sulfuro de manganeso.(Caballero 2000)
Valle de Pineta visto desde el BalcónL. Caballero Dpto. de Ciencia de Materiales ETSIC UPM
Fin de FractografFractografííaa