A5 Esfuerzo Residual y Fractura Espontánea (Inclusiones de NiS)

Tópico

Una inclusión de sulfuro de níquel, atrapada dentro de este vidrio templado desde su fabricación, sufre con el tiempo una transformación de fase, de su forma alfa a su forma beta: esta forma alfa, en la que la inclusión queda atrapada durante la fabricación del vidrio, es metaestable a temperatura ambiente, y por eso, con el paso del tiempo —meses o incluso años—, termina transformándose en la forma beta, que es la forma estable a esa misma temperatura. Que esta inclusión tarde tanto tiempo en transformarse es lo que hace que la fractura que este modelo describe pueda ocurrir de manera retardada, mucho después de que el vidrio templado ya esté instalado y en servicio.

Que la inclusión de sulfuro de níquel se transforme de su forma alfa a su forma beta hace que esa misma inclusión se expanda: la forma beta ocupa un volumen específico mayor que la forma alfa, y como la inclusión queda rígidamente rodeada por el vidrio que la envuelve, esa expansión no puede ocurrir libremente. Que la inclusión intente expandirse dentro de un vidrio rígido que la rodea hace que se genere, alrededor de la inclusión, un campo de esfuerzo localizado, según describe la teoría de Eshelby para una inclusión que cambia de volumen dentro de una matriz elástica.

Que esta expansión de la inclusión ocurra, además, dentro de la zona de tensión de núcleo del vidrio templado —ya establecida en otro modelo de este conjunto, el que describe el proceso de templado— es lo que puede hacer que se cumpla el criterio de fractura espontánea: el esfuerzo adicional que genera la inclusión al expandirse se suma al esfuerzo de tensión que ya existe, por el propio templado, en esa zona de núcleo, y si la suma de ambos esfuerzos supera el esfuerzo que el vidrio puede tolerar, el vidrio se fractura espontáneamente, sin que ninguna carga externa lo haya provocado.

Por eso este modelo, con la inclusión de sulfuro de níquel con la que se abrió, depende directamente de otro modelo de este conjunto, el que establece la zona de tensión de núcleo del vidrio templado: que esa zona de tensión de núcleo exista es la condición necesaria para que la expansión de una inclusión, en el punto exacto donde esa inclusión haya quedado atrapada, pueda llegar a cumplir el criterio de fractura espontánea que describe este modelo. Que la ubicación de la inclusión dentro del vidrio sea, en la práctica, impredecible de antemano hace que también lo sea el momento y el lugar en que esta fractura espontánea, si es que ocurre, finalmente se produce.

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