La comprensión de los mecanismos de fractura de metales es fundamental para los profesionales de pruebas no destructivas (NDT).Esta guía técnica cubre seis tipos de fracturas primarias con estrategias de prevención para aplicaciones industriales.
Fractura por corrosión por esfuerzo
Características
La fractura por corrosión por esfuerzo es una fractura que se produce bajo la acción combinada de esfuerzo de tracción y medios corrosivos específicos.La superficie de la fractura generalmente presenta características de fractura quebradizas, pero a veces puede ir acompañada de una ligera deformación plástica.
En los medios corrosivos, una película de producto de corrosión se forma en la superficie del metal.La superficie de metal fresco se corroe rápidamenteEste ciclo se repite, causando que las grietas se propaguen continuamente dentro del metal, provocando en última instancia la fractura.
Factores que influyen
El estado de tensión, los medios corrosivos y la sensibilidad del material son los principales factores que afectan a la fractura por corrosión por tensión.Diferentes medios corrosivos tienen diferentes efectos de corrosión en diferentes materiales metálicosAlgunos materiales metálicos presentan una alta sensibilidad a medios corrosivos específicos.
Medidas de prevención
Seleccionar adecuadamente los materiales, eligiendo materiales insensibles a la corrosión por esfuerzo;
reducir los niveles de tensión de los componentes mediante recocido y otros procesos para eliminar la tensión residual;
mejorar las condiciones ambientales, como reducir la concentración de los medios corrosivos y controlar la temperatura;
utilizar medidas de protección de superficies como revestimientos y galvanizado.
Método NDT sugerido
Pruebas de penetración de líquido, detección de grietas por ultrasonidos
Fractura de repliegue
Características
La deformación y fractura plásticas lentas que se producen con el tiempo bajo altas temperaturas y tensión constante.fase de flujo en estado estacionarioLa superficie de la fractura de arrastramiento es generalmente áspera con un color de oxidación obvio.
En ambientes de alta temperatura, la actividad atómica dentro del metal aumenta, y las dislocaciones suben y se deslizan fácilmente.causando una deformación plástica lenta del metalCon el tiempo, la deformación se acumula, y cuando alcanza un cierto nivel, desencadena la formación de grietas y la propagación, lo que finalmente conduce a la fractura.
Factores que influyen
La temperatura, la tensión y el tiempo son los principales factores que afectan a la fractura de creep.Los períodos más largos aumentan la posibilidad de fractura por arrastre.Además, la composición química y la microestructura del material también afectan a las propiedades de arrastramiento.
Medidas de prevención
Seleccionar materiales resistentes a altas temperaturas y resistentes al arrastramiento;
controlar racionalmente la temperatura de trabajo y los niveles de tensión, evitando los estados de alta temperatura y tensión a largo plazo;
optimizar la microestructura del material para mejorar la resistencia al arrastramiento.
Método NDT sugerido
Medición del espesor por ultrasonidos, análisis metalográfico
Fractura por fatiga
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Características
La fractura por fatiga es una fractura que se produce después de un cierto número de ciclos bajo tensión alterna.y fractura finalLa superficie de la fractura por fatiga se compone generalmente de zonas lisas y ásperas, donde la zona lisa es el área de la propagación lenta de grietas y la zona áspera es el área de la fractura rápida final.
Bajo tensión alterna, algunas áreas débiles de la superficie del metal, como los bordes de los granos y los bordes de la inclusión, producen pequeñas grietas - iniciación de grietas.Las grietas se expanden continuamente bajo tensiónCuando las grietas se propagan hasta cierto punto, la sección transversal restante no puede resistir la fuerza externa, lo que resulta en una fractura final.
Factores que influyen
La amplitud de la tensión, la tensión media, el número de ciclos y el límite de fatiga del material son los principales factores que afectan a la fractura por fatiga.Amplitud de tensión más alta y tensión media aceleran la propagación de grietas y acortan la vida de fatiga; más ciclos aumentan la posibilidad de fractura por fatiga; un límite de fatiga del material más alto indica una mayor resistencia a la fractura por fatiga.
Medidas de prevención
Diseñar racionalmente las estructuras de los componentes para reducir la concentración de tensión; seleccionar materiales con límites de fatiga altos;
realizar tratamientos de refuerzo de la superficie, como el pinzamiento y el laminado, para mejorar la resistencia a la fatiga de la superficie;
controlar la magnitud de la carga y el número de ciclos para evitar el exceso de los límites de fatiga del material.
Método NDT sugerido
Pruebas de corriente Eddy, inspección de partículas magnéticas
Fractura muy pequeña
Características
La fractura frágil es un modo de fractura en el que el metal no sufre casi ninguna deformación plástica obvia antes de la fractura.Muchas veces con patrones cristalinos o de hueso de arenque, con brillo metálico.
La fractura frágil es causada principalmente por la presencia de grietas o defectos dentro del metal.Cuando la concentración de tensión alcanza la dureza de fractura del materialEste modo de fractura está generalmente relacionado con la estructura cristalina del material, el contenido de impurezas y el estado de tensión.
Factores que influyen
La fragilidad del material se ve afectada por varios factores: un mayor contenido de carbono y un mayor contenido de impurezas reducen la dureza del metal y aumentan su fragilidad;Los ambientes de baja temperatura cambian la estructura cristalina del metal, reduciendo la dureza; los estados de tensión de tracción triaxial también promueven la fractura frágil.
Medidas de prevención
Control estricto de la composición química del material y reducción del contenido de impurezas;
realizar un tratamiento térmico adecuado para mejorar la microestructura y aumentar la dureza;
diseño racional de las estructuras de los componentes para evitar los estados de tensión de tracción triaxial;
aplicar medidas de precalentamiento cuando se utilice en entornos de baja temperatura.
Método NDT sugerido
Prueba de emisiones acústicas, ecografías de matriz en fases
Fractura del dúctil
Características
La fractura dúctil es un modo de fractura en el que el metal sufre una deformación plástica obvia antes de la fractura.donde la sección transversal local se reduce significativamenteLa superficie de la fractura suele ser fibrosa o con forma de taza y cono, con un color opaco y sin brillo obvio.
La fractura dúctil es causada principalmente por el movimiento de dislocación y la multiplicación dentro del metal.causando deformación plástica de los cristalesA medida que la deformación continúa, las dislocaciones se entrelazan y se acumulan, formando paredes de dislocación y límites de subgranos.desencadena la formación y el crecimiento de microvídeosLa interconexión de los microvoidos en última instancia conduce a la fractura del metal.
Factores que influyen
La composición química, la microestructura y la temperatura de los materiales tienen efectos significativos en la fractura dúctil.El acero que contiene elementos de aleación adecuados suele tener una mayor dureza;
La estructura de granos finos puede mejorar la dureza del metal;
Mientras que en ambientes de baja temperatura, la dureza del metal disminuye significativamente, haciendo más probable la fractura dúctil.
Medidas de prevención
Seleccionar adecuadamente los materiales para garantizar una buena dureza;
optimizar la microestructura del material y refinar los granos mediante procesos de tratamiento térmico;
evitar el uso de materiales metálicos sensibles a bajas temperaturas en ambientes de baja temperatura.
Método NDT sugerido
Análisis de desorción térmica, ensayos ultrasónicos
Tipos de fracturas metálicas Tabla resumida
| Tipo de fractura |
Características |
Mecanismo de formación |
Métodos de prevención |
Métodos de ensayo NDT |
| Cracing por corrosión por esfuerzo (SCC) |
Apariencia frágil, específica del entorno, impredecible |
Ruptura de la película de corrosión → ataque localizado → propagación de grietas |
Selección de materiales, alivio del estrés, control del medio ambiente |
Pruebas de penetración de líquido, detección de grietas por ultrasonidos |
| Fractura de repliegue |
Superficie oxidada áspera, deformación dependiente del tiempo |
Ascenso de dislocación → deslizamiento del borde del grano → formación de hueco |
Las aleaciones de alta temperatura, reducción de tensiones, evaluación de la vida útil |
Medición del espesor por ultrasonidos, análisis metalográfico |
| Fractura por fatiga |
Zonas suaves + ásperas, marcas de la playa, fallo progresivo |
Iniciación de la grieta → crecimiento estable → fractura rápida |
Endurecimiento de la superficie, reducción de las tensiones, selección de materiales |
Pruebas de corriente Eddy, inspección de partículas magnéticas |
| Fractura muy pequeña |
Superficie plana y cristalina, deformación plástica mínima, fallo repentino |
Propagación de grietas por concentración de esfuerzo en los defectos |
Reducción de impurezas, precalentamiento, optimización del estado de tensión |
Prueba de emisiones acústicas, ecografías de matriz en fases |
| Fractura del dúctil |
Superficies fibrosas/de cono de copa, cuello visible, aspecto oscuro |
Movimiento de dislocación → nucleación vacía → coalescencia → fallo |
Refinamiento de granos, optimización de aleaciones, control de temperatura |
Pruebas ultrasónicas, inspección radiográfica |
Encuentro:
Zhou, Hongyu y Li, Jian y Liu, Jie y Yu, Peichen y Liu, Xinyang y Fan, Zhiyang y Hu, Anqing y He, Yinsheng. (2024).Reducción significativa de la vida útil del codo de la tubería de vapor P91 debido a una microestructura aberrante después de un servicio de corta duración- Informes científicos. 14. 10.1038/s41598-024-55557-w.
En el caso de las empresas de la Unión Europea, el objetivo de la presente Decisión es garantizar que las empresas de la Unión Europea cumplan los requisitos establecidos en el artículo 3, apartado 1, del Reglamento (UE) n.o 1308/2013.
El valor de las emisiones de gases de efecto invernadero es el valor de las emisiones de gases de efecto invernadero.
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