Tabla de identificación de modos de daño
Una pieza fallada debe clasificarse antes de poder explicarse, y la clasificación se lee de la fractura y del daño a su alrededor. Esta tabla presenta los seis modos de daño con los que trabaja la fuente, cómo se ve cada uno en tres niveles de examen, y las firmas frágiles y dúctiles que se mantienen en toda escala.
Los seis modos de daño y cómo se lee cada uno
Los modos instantáneos separan el metal en el momento de la carga. Los modos progresivos consumen la pieza con el tiempo y dejan una región de crecimiento lento que puede medirse. Las tres columnas de examen a continuación son las que usa la fuente, y el orden importa, porque una pieza puede seccionarse solo una vez.
| Modo | Visual, de 1 a 50 aumentos en la superficie de fractura | Microscopía electrónica de barrido, de 20 a 10.000 aumentos | Corte transversal, de 50 a 1000 aumentos |
|---|---|---|---|
| Modos de falla instantánea | |||
| Sobrecarga dúctil | Estricción o distorsión en la dirección en que se aplicó la carga, una fractura fibrosa mate y labios de corte en los bordes. La pieza ha cambiado visiblemente de forma antes de separarse. | Microhuecos o hoyuelos, alargados en la dirección de la carga. Una grieta sin ramificaciones. Bandas de deslizamiento que emergen en la superficie. | Distorsión de grano y flujo junto a la fractura, con una trayectoria transgranular irregular. El corte muestra cuánto se movió el metal antes de desgarrarse. |
| Sobrecarga frágil | Poca o ninguna distorsión, una fractura plana y una textura cristalina gruesa y brillante. Las marcas radiales o chevrones apuntan de vuelta al origen. | Clivaje o separación intergranular. La zona de origen a menudo presenta una imperfección o un concentrador de tensiones como una muesca, una marca de estampado o una inclusión. | Poca distorsión, con una trayectoria intergranular o transgranular. Puede relacionarse con una muesca en la superficie o con una fase frágil dentro del corte. |
| Modos de falla progresiva | |||
| Fatiga | Una zona progresiva plana con marcas de playa, una zona final consistente con la dirección de la carga y marcas de trinquete donde se unieron varios orígenes. Una región lisa junto a una rugosa marca el cambio del crecimiento por fatiga a la sobrecarga final. | Un aspecto desgastado y plano en la zona progresiva, con estrías a aumentos superiores a unos 500. La zona final puede ser dúctil o frágil. | Una zona progresiva que suele ser transgranular con poca distorsión aparente. La zona final puede ser dúctil o frágil. |
| Corrosión | Desgaste general, rugosidad, picaduras o zanjas. La corrosión bajo tensión y el daño por hidrógeno pueden producir múltiples grietas que parecen frágiles en lugar de corroídas. | Una trayectoria que puede ser irregular, intergranular o a través de una fase atacada selectivamente. La espectroscopía de energía dispersiva puede identificar el corrosivo. | Ataque superficial general o localizado, ataque selectivo de fases y escamas cuya espesor y morfología registran la exposición. |
| Tener puesto | Excavación, abrasión, pulido o erosión. El gripado o rayado se produce en la dirección del movimiento y fretting deja zonas rugosas que retienen residuos pulverulentos compactados. | Los residuos de desgaste y las partículas abrasivas se pueden caracterizar por su morfología y composición. Fatiga por contacto de rodadura parece desgaste en sus primeras etapas. | Distorsión localizada en la superficie consistente con la dirección del movimiento, y partículas incrustadas que identifican el abrasivo. |
| Fluencia | Múltiples fisuras que parecen frágiles, con fisuras externas e internas que presentan escama de reacción. La fractura sigue a un cambio limitado de dimensiones, y el daño se acumula durante una exposición prolongada. | Múltiples fisuras intergranulares cubiertas con escama de reacción, y caras de grano que pueden mostrar porosidad. | Cambio microestructural típico del sobrecalentamiento, múltiples grietas intergranulares, huecos en los límites de grano y grietas en forma de cuña en los puntos triples de grano. Aparece algo de flujo en frío en la última etapa. |
Fuente: ASM Handbook, Vol. 11, Failure Analysis and Prevention (ASM International), la tabla de identificación de modos de daño del artículo Determination and Classification of Damage y la tabla de identificación de modos de fractura del artículo Overload Failures. Las dos tablas usan los mismos modos y los mismos tres niveles de examen, y se fusionan aquí.
- Las marcas de playa y las estrías prueban la carga cíclica, y su ausencia no la descarta. Las superficies de fatiga no siempre muestran ninguna de las dos, por lo que una fractura limpia y plana con una transición de lisa a rugosa todavía merece una lectura de fatiga. Las marcas individuales y lo que implica cada una se enumeran en la tabla de características de la superficie de fractura.
- Los modos se combinan. Una grieta por fatiga o fluencia generalmente termina en una sobrecarga dúctil o frágil, y la separación final indica cómo cedió la pieza, no por qué comenzó la grieta. La proporción es la evidencia, por lo que el área relativa de crecimiento lento y fractura final es lo que data la falla.
- El desgaste y la corrosión son progresivos de la misma manera, y la clasificación los cubre porque una sección desgastada o corroída pierde sección neta hasta que el último metal restante se sobrecarga. Esa sobrecarga final es una consecuencia, por lo que registrarla como la causa invierte el hallazgo.
Lo que suele estar detrás de cada modo
El modo reduce la lista de mecanismos y clasifica lo que queda. La segunda columna a continuación es el mecanismo al que apunta el modo, y la tercera es lo que el analista verifica para confirmarlo.
| Modo | Lo que suele estar detrás | Lo que verifica el analista |
|---|---|---|
| Sobrecarga dúctil | La carga superó la resistencia de la pieza. Una ruptura a corto plazo a alta temperatura y alta tensión también tiene un aspecto dúctil, por lo que debe separarse de la fluencia. | Dureza, análisis químico o ensayo destructivo para confirmar la aleación y su procesamiento, y la dirección de carga para ver si la fractura fue secundaria a otra cosa. |
| Sobrecarga frágil | La carga superó la resistencia dinámica de la pieza. La baja temperatura lleva al mismo material hacia un comportamiento frágil. | Aleación y procesamiento, además de tenacidad y tamaño de grano, y si la dirección de carga apunta a un impacto o a un evento secundario. |
| Fatiga | Tensión cíclica por encima del límite de fatiga. Un daño mecánico o de corrosión previo puede iniciar la grieta, y la alineación, la vibración y el balance alimentan la carga. | Resistencia, acabado superficial, montaje y operación. Una zona de fatiga grande con una zona final pequeña apunta a alto ciclo y baja tensión, y lo inverso a bajo ciclo y alta tensión. |
| Corrosión | La morfología del ataque y la aleación deben evaluarse juntas, porque la severidad depende del par y no de uno u otro por separado. | pH, temperatura, caudal y oxidantes disueltos, y si la exposición se ha vuelto más severa que lo asumido en el diseño original. |
| Tener puesto | Para el desgaste por arranque y abrasivo, la fuente del abrasivo decide la solución. El desempeño del lubricante y los sellos o filtros fallidos son los otros dos factores comunes. | Dureza y microestructura de la superficie desgastada, el abrasivo mismo y el registro de lubricación. |
| Fluencia | Sobrecalentamiento leve, o sobreesfuerzo leve a temperatura elevada, durante un período prolongado. Las microestructuras inestables y un pequeño aumento en el tamaño de grano elevan la velocidad de fluencia. | La temperatura de servicio frente a la temperatura de diseño, la especificación de la aleación y el tiempo de exposición. Los vacíos y las grietas en los puntos triples en una réplica tomada de la superficie lo resuelven en campo. |
Fuente: ASM Handbook, Vol. 11, las filas de factores contribuyentes de las dos tablas de identificación.
- Un componente que puede fallar por un modo progresivo a menudo puede reemplazarse o repararse antes de que se separe, por lo que la clasificación importa para el mantenimiento tanto como para la investigación. Las tuberías de vapor, por ejemplo, se examinan a intervalos definidos en busca de vacíos de fluencia en las zonas afectadas por el calor de las soldaduras longitudinales, y la formación de vacíos en los límites de grano es la alerta temprana.
- La metalografía de campo y la réplica, junto con la inspección por penetrantes, boroscópica, ultrasónica y radiográfica, son las herramientas que encuentran estas características en una pieza que aún está en servicio. Una pieza que ya se ha agrietado se lee de la misma manera con la sección en el banco.
Frágil y dúctil en todas las escalas
El comportamiento frágil y dúctil no es una propiedad del material por sí solo, y la misma fractura puede verse frágil a un aumento y dúctil a otro. La tabla a continuación fija la lectura a la escala de observación, desde el cálculo de diseño hasta el microscopio electrónico de transmisión.
| Escala de observación | Frágil | Dúctil |
|---|---|---|
| Ingeniero estructural | La tensión aplicada en la falla está por debajo del límite elástico | La tensión aplicada en la falla está por encima del límite elástico |
| A simple vista, 1 vez | Sin estricción, facetas brillantes, aspecto cristalino y granular | Con estricción, aspecto fibroso, leñoso |
| Macroescala, menos de 50 veces | Baja reducción de área, baja ductilidad | Reducción de área media a alta |
| Microscopía electrónica de barrido, 100 a 10.000 veces | Microproceso frágil, clivaje o separación intergranular | Microproceso dúctil, coalescencia de microvacíos |
| Microscopía electrónica de transmisión, más de 10.000 veces | Puede aún mostrar una gran cantidad de plasticidad local | Una alta cantidad de plasticidad en toda la sección |
Fuente: ASM Handbook, Vol. 11, el artículo Overload Failures, Tabla 2, características distintivas del comportamiento frágil versus dúctil según la escala de observación.
- La tabla de escalas explica por qué dos analistas pueden describir la misma fractura de manera diferente. Una pieza que falló por debajo de su límite elástico según el cálculo de diseño aún puede mostrar plasticidad local bajo el microscopio, y una pieza que presentó estricción visible puede contener facetas de clivaje en su interior.
- Una fractura que se ve frágil en todas las escalas generalmente apunta a uno de los mecanismos de fragilización y no a una carga. La página de tipos de fragilización del acero enumera la ventana de temperatura y los aceros para cada uno.
Comience con el historial de la pieza, no con la fractura
El mismo modo de daño puede provenir de varias etapas, y el registro de fabricación y servicio es lo que las separa. Las causas etapa por etapa y la secuencia de examen se exponen en la página de análisis de fallas de herramientas y matrices.
Cuando la grieta estaba presente antes del servicio
Una grieta que ya presentaba color de revenido o cascarilla cuando la herramienta se puso en marcha por primera vez provino del temple o de un ciclo térmico anterior, y leerla como una falla en servicio envía la solución al lugar equivocado. La prueba se recopila en la página de agrietamiento durante el temple.
Cuando el mismo modo sigue reapareciendo
Un modo que se repite entre herramientas apunta al proceso y no a la pieza individual. El daño que se presenta como una red de grietas térmicas corresponde a los grados de fatiga térmica, y el daño que se presenta como rayado o transferencia de material corresponde a los grados para desgaste adhesivo o los grados para desgaste abrasivo.
Cuando el modo es una fractura sin mucha advertencia
La sobrecarga frágil es el modo que termina una herramienta antes de que se desgaste, y generalmente es una respuesta de tenacidad o de tratamiento térmico y no una respuesta de desgaste. Los grados elegidos para ese caso de carga se exponen en la página de resistencia al agrietamiento.
Confirmar antes de cotizar
Este cuadro es una ayuda de clasificación para referencia general. Una conclusión sobre una falla específica se basa en la pieza misma, su registro de fabricación y su historial de servicio. Confirme el hallazgo con un examen metalúrgico antes de cambiar un grado o un proceso.
Las superficies de fractura se leen en tres niveles en la práctica, y una sola fotografía en un nivel puede inducir a error. Mantenga juntos el espécimen, el registro y las lecturas.
Páginas de referencia relacionadas
Solución de problemas de tratamiento térmico de aceros para herramientas · Métodos de ensayo de dureza · Verificación de la calidad del acero para herramientas · Selección de acero para herramientas según la aplicación · Aceros para trabajo en frío · Aceros para trabajo en caliente
Fuente: ASM Handbook, Volumen 11, Failure Analysis and Prevention (ASM International), la tabla de identificación de modos de daño en el artículo Determination and Classification of Damage y la tabla de identificación de modos de fractura con su tabla de escalas frágil y dúctil en el artículo Overload Failures. Datos de referencia solo para clasificación. Confirme el modo y el mecanismo contra la pieza real. Aobo Steel suministra acero para herramientas en condición recocida.