A2 Fractura

Tópico

Una grieta preexistente dentro de este metal, cuando el esfuerzo que actúa sobre ella alcanza cierto umbral, deja de crecer de manera lenta y estable y empieza a propagarse de manera inestable, produciendo la fractura catastrófica de la pieza: esta propagación inestable de una grieta preexistente es, precisamente, lo que este modelo describe como fractura. Que esta grieta preexistente se propague de manera inestable, en lugar de detenerse una vez que empieza a crecer, hace que la fractura de este metal ocurra de forma súbita, sin ninguna advertencia previa.

Ese umbral de esfuerzo al que esta grieta preexistente empieza a propagarse de manera inestable es el esfuerzo de fractura frágil, y este esfuerzo de fractura frágil lo determinan, en conjunto, las constantes elásticas de este metal —ya establecidas en otro modelo de este conjunto— y la energía superficial que se libera al crear las dos nuevas superficies de la grieta, según el criterio de Griffith. Que la energía superficial de este metal sea mayor, o que el tamaño de esta grieta preexistente sea menor, hace que, según este criterio de Griffith, el esfuerzo de fractura frágil necesario para propagarla de manera inestable sea mayor.

Ese mismo criterio de Griffith, sin embargo, subestima el esfuerzo de fractura real de este metal, porque no contempla que, en la punta de esta grieta preexistente, el propio metal se deforma plásticamente antes de que la grieta avance, y que ese trabajo plástico también consume energía además de la energía superficial: el criterio de Griffith-Irwin extiende, precisamente, el criterio de Griffith original, sumando ese trabajo plástico a la energía superficial que ya contemplaba, para aplicarse a metales que sí exhiben algo de plasticidad en la punta de la grieta, en lugar de fracturar de manera puramente frágil. Que este trabajo plástico en la punta de la grieta sea mayor hace que, según este criterio extendido de Griffith-Irwin, el esfuerzo de fractura necesario sea también mayor que el que predeciría el criterio de Griffith original por sí solo.

Por eso este modelo, con la grieta preexistente y el esfuerzo de fractura frágil con los que se abrió, expresa el criterio de falla por fractura de una manera equivalente pero más práctica: la fractura ocurre en el instante en que el factor de intensidad de esfuerzo aplicado sobre esta grieta preexistente alcanza la tenacidad a la fractura de este metal, la magnitud que ya resume, en un único parámetro, tanto la energía superficial como el trabajo plástico que contemplan, juntos, el criterio de Griffith y su extensión de Griffith-Irwin. Que esta misma tenacidad a la fractura pueda estimarse, de manera más simple aunque menos directa, mediante otro modelo de este conjunto, el que describe el ensayo Charpy sobre este metal, hace que ese ensayo sirva como una correlación experimental práctica de esta misma propiedad; y que la fragilización por hidrógeno reduzca, según otro modelo distinto de este conjunto, la tenacidad a la fractura efectiva de este metal hace que ese mismo criterio de falla por fractura se cumpla con un factor de intensidad de esfuerzo aplicado más bajo del que se cumpliría sin esa fragilización.

ID:4441