fallos en servicio-javier

7/22/2019 Fallos en Servicio-Javier

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Grupo de Investigación de Ingeniería de Superficies y Materiales Nano-estructurados

FALLOS EN SERVICIO




FALLOS EN SERVICIO

Fallo en Servicio es la pérdida de capacidad de un sistema, mecanismo oestructura para desempeñar satisfactoriamente la misión o tarea para la quefue construido. FALLO PRIMARIO

FALLOSECUNDARIO

En todo estudio de Fallos en Servicio hay que determinar la CAUSA y losFACTORES que intervienen:

FACTORES son las circunstancias que hace aumentar el que el materialpresenta menor resistencia .

CAUSA es el mecanismo, que propagan y consuma el deterioro o roturaque sufre un elemento o pieza. Si operan dos mecanismos, al inicial se ledenomina causa primera o remota y al segundo, causa directa




TIPOS DE

FACTORES

INTRÍNSECOS DEL MATERIAL: (naturaleza,condición y estado) del que esta hecha la pieza.

AJENOS AL MATERIAL, PERO NO A LA PIEZA

AJENOS AL MATERIAL Y A LA PIEZA

CLASIFICACIÓN:

FACTORES PREPONDERANTES: causantes principalesdel mecanismo de rotura actuante.

FACTORES COADYUVANTES: aquellos que no habríansido causa del mecanismo de rotura observado, peroque ayudan a que éste se produzca.

FALLOS EN SERVICIO




CLASIFICACIÓN DE LOS FALLOS EN SERVICIO

PUNTO DE VISTA DE FACTORES ACTUANTES:

Defectos en diseño, fabricación, montaje, intrínsecos del material,mantenimiento inadecuado o utilización anormal.

PUNTO DE VISTA FUNCIONAL:

Deformación, fractura, desgaste, alteración del estado superficial inicial odegradación por agentes ambientales o de funcionamiento.

PUNTO DE VISTA DE MÉTODO DE APLICACIÓN DE LA CARGA Y TIPODE SOLICITACIÓN :

Carga estática, efectos de impacto, fatiga, fluencia, combinaciones decarga estática y tiempo o acciones de contacto repetidas.




ETAPAS EN EL ESTUDIO DE LOS FALLOS EN SERVICIO

NUNCA DEBEN ADOPTARSE POSTURAS “A PRIORI ” NI HACERDIAGNÓSTICOS PRECIPITADOS EN EL ESTUDIO DE UN FALLO EN SERVICIO.SISTEMÁTICA EN EL ESTUDIO DE LAS PIEZAS ROTAS O DAÑADAS. ETAPASA SEGUIR DEBEN SER LAS SIGUIENTES:

2. Estudio de las huellas producidas por piezasadyacentes

3. Detección de grietas y heterogeneidades

1. Consideraciones sobre los antecedentes del fallo

4. Estudio fractográfico (situar el fallo macro ymicrofactográ-fico en la clasificación correspondientey determinar el origen de la fractura)




7. Correlación entre tipo de fallo y los factores ajenos eintrínsecos del material

5. Identificación de la naturaleza, condición, calidadmetalúrgica, estado del material y característicastecnológicas

6. Características en corte transversal

8. Investigación de los factores determinantes

9. Reconsideración del problema y evaluación final.Recomendación de medidas correctivas.

ETAPAS EN EL ESTUDIO DE LOS FALLOS EN SERVICIO




HERRAMIENTAS EN EL ESTUDIO DE LOS FALLOS ENSERVICIO (1)

En las etapas 1, 2, 3 del estudio y en la observación macrofactográficacorrespondiente a la etapa 4 se realizan como herramientas laobservación visual o con lupa de bajo aumentos (50 x ó menos). En las 1,2 y 3 se pueden emplear también los END.

En el estudio microfractográfico de la etapa 4 se empleará

fundamentalmente el microscopio electrónico de barrido, siendoparticularmente importante la de electrones secundarios que facilitaráuna imagen del relieve a grandes aumentos de la superficie de rotura.

En las etapas 5 y 6 se emplearan como herramientas la instrumentación

analítica (espectrometrías de emisión AA, fluorescencia de Rayos X, etc.),la microscopia óptica o electrónica a bajos aumentos (500 X ó menos),especialmente las realizadas en sección transversal y los equipos dedeterminación de características mecánicas, especialmente durómetros ymáquinas de tracción-compresión.




ROTURA DE UNA PIEZA DE ALEACIÓN Ti-6Al-4V




ROTURA DE UNA PIEZA DE ALEACIÓN Ti-6Al-4V

La microestructura que presenta lapieza está formada por granosequiaxiales de colonias de fase alfa

laminar, con fase alfa en limite degrano, siendo este bastante grueso.Dicho grano es el grano de fase betaprimitivo (prior beta).

El mecanismo de fatiga, causante de la rotura, ha sido propiciado por la microestructura detipo laminar que presenta la pieza, que es consecuencia del tratamiento térmico a la que fuesometida, que confiere buena resistencia a tracción y buena tenacidad a la fractura(resiliencia), pero disminuye la resistencia a la fatiga.




ROTURAS A FLUENCIA




Historial previo al fallo e información de fallos similares

Recogida de restos (distribución, orden, etc.) e información de campo

obtenidaEstudio de los datos de vuelo almacenados RegistradoresEstudio de todas las roturas producidas Separación de roturas envuelo y por impacto contra el suelo determinación de las Causas

ACCIDENTES AÉREOS




ESTUDIO DE LAS ROTURAS

Los mecanismos de rotura que han operado en un material metálico,producen una serie de caracteres “típicos”o huellas sobre las superficies defractura, que dependen de:

Mecanismo de fallo (Sobrecarga, corrosión, Fatiga, etc.)

Modo de aplicación de la carga (Creciente, Impacto...)

Tipo de Carga (Tracción, Torsión...)

Forma y dimensiones de la pieza

Material

La fractografía se estudia a dos escalas:

La técnica analítica cuyo objeto es el examen e interpretación de las

superficies de fractura es la FRACTOGRAFÍA.

MACROFRACTOGRAFÍA y MICROFRACTOGRAFÏA




INFORMACIÓN OBTENIDA DEL ESTUDIOFRACTOGRÁFICO

1. Origen de la rotura (pun to dónd e se in ici a, ¿Es de Máxim a

sol ic i tac ión?).

2. Dirección de propagación de la rotura (roturas pr imar ias y

secundar ias ).

3. Tipos de carga (Tracción, flexión, cizalladu ra, ¿son n orm ales?, ¿son

cons ecuenc ia de mal diseño o casos de carga no tenid os en cuenta

du ran te el d is eño? ).

4. Modo de aplicación de la carga (estátic a, im pacto , var iab les ) en vuelo

o por impacto contra el suelo.5. Mecanismo de rotura (Sob recarg a estática, co rro sión , etc.).

6. Causa directa de la rotura (fatiga...).




CLASIFICACIÓN DE LAS ROTURAS A ESCALA REAL

Rotura dúctil por carga estática: De tracción (en copa y cono,plana con labios, en bisel o doble bisel), de desgarro por

tracción, flexión o compleja Rotura dúctil plana por carga estática: De cizalladura, de

torsión, de desgarro por fuerza cortante.

Roturas por fatiga (70%): Solo por efecto mecánico, ocombinado con temperatura, corrosión o ludimiento.

Roturas por fluencia: Combinación de carga, alta temperatura ytiempo.

Roturas dúctiles




Rotura frágil plana por carga estática: Transcristalina ointercristalina.

Frágil en hélice a 45º por carga estática: Transcristalina o

intercristalina. Desgarro semifrágil bajo carga estática: Desarrollo simple y

escasa fragmentación o desarrollo complejo y granfragmentación.

Roturas frágiles bajo carga estática diferida: Corrosión bajotensiones y fenómenos de enfragilización (metal liquido,hidrógeno y neutrones).

Roturas Frágiles





Dúctil por

carga estática

Deformación plásticaasociada a la rotura, Planosegún forma ydimensiones de la pieza,textura fibrosa, y suavebrillante en planos a 45º,ausencia de marcas típicas

Copa y conoPlana conlabiosBiselDoble bisel

Tracción

Desgarro por tracción

Flexión

Compleja





Dúcti les por carga estática A) Piezas de sección cilíndrica

ROTURA EN COPA Y CONO ROTURA EN MEDIA COPA Y CONOROTURA EN BISEL





Dúcti les por carga es tática Rotura plana conlabios

Rotura plana conlabios alternativos Rotura en bisel

Rotura en doblebisel





Dúctil plana por carga estática

Pequeña deformación plásticaasociada a la rotura, Planoparalelo a la dirección de losesfuerzos cortantes, texturasuave brillante, ausencia demarcas típicas

Cizalladura

F

Torsión

Desgarro por F.Cortante





Ausencia de deformación plástica en la zona de inicio de la fractura.

Presencia en la rotura de dos zonas claramente diferenciadas

La zona de propagación por fatiga con textura de tipo suave mate,

y la zona de sobrecarga estática con textura de tipo fibrosa (dúctil) o cristalina (frágil).

Desarrollo de la rotura en en un plano perpendicular a la dirección de los esfuerzosmáximos de tracción en la zona de propagación por fatiga.

Solo por efectomecánico

A bajos ciclos (LCF)

A Altos ciclos (HCF)

FATIGACorrosión

Temperatura

Ludimiento

Combinacióncon





Fenómeno de deformación plástica del material en función del tiempo al estar este sometido a un esfuerzo constante a alta temperatura, por lo tanto, dependede la Temperatura, del esfuerzo aplicado y del tiempo que está en dichascondiciones de trabajo.

Existen dos mecanismos de fallo por este mecanismo: formación y coalescenciade Cavidades en R y Cavidades en W

Muy poca deformación plástica,

textura tipo rugosa,

presencia de microgrietas,

plano perpendicular a la dirección de losesfuerzos máximos de tracción,

ausencia de marcas típicas.

F

t

FLUENCIA

NO ES REPARABLE, NI DETECTABLE MEDIANTE END





Frágil plana por carga estática:

Frágil en Hélice a 45º por carga estática:

Transcristalina

Intercristalina

Ausencia total de deformación plástica.

Desarrollo de la rotura en un planoperpendicular a la dirección de los esfuerzos

de tracción. Labios de salida a 45º en la zona final de rotura,

Textura cristalina o rugosa direccional,

Ausencia de marcas típicas sobre la superficie

Caso particular de rotura frágil en el que elrecorrido de la rotura se desarrolla en hélice,

Ya que los esfuerzos máximos de tracción seproducen a 45º con el eje de la pieza (muelles)





Típico en las paredes de piezas cilíndricashuecas o recipientes a presión (trenes deaterrizaje)

Desarrollo simple con escasafragmentación del elemento.

Desarrollo complejo con granfragmentación del elemento

Desgarro semifrágil bajo carga estática:

Ausencia de deformación plásticaasociada a la rotura.

Desarrollo de la rotura en un planoperpendicular a los esfuerzos máximosde tracción en el inicio, para ir trasformándose en rotura plana con

labio, en bisel, doble bisel. Presencia de líneas radiales (espina de

pescado) y ausencia de líneas dedetención de avance de la grieta.





Se deben dar tres condiciones:

Material susceptible (por Ej. 2000, T6). Tensiones constantes suficientes.

Condiciones ambientales adecuadas.

Roturas frágiles bajo carga estática diferida:Corrosión bajo tensiones (stress corrosion)

Caracteres morfológicos:

Ausencia de deformación plástica. Presencia en la rotura de dos zonas claramente diferenciadas. La zona de de

propagación por corrosión bajo tensiones con textura de tipo leñosa (aspecto

de madera podrida), y la zona de sobrecarga estática de la sección remanentecon textura de tipo fibroso (dúctil) o cristalina (frágil) Desarrollo de la rotura en un plano perpendicular a la dirección de los

esfuerzos de Ausencia de marcas típicas sobre la superficie de fractura de la pieza.




ROTURA DE UN EJE




CARACTERES BÁSICOS CONSIDERADOS POR LAMACROFRACTOGRAFÍA

1. Existencia o no de macrodeformación plástica general o localizadaasociada a la rotura, y no la sufrida por la pieza después de rota.

2. Plano o planos de la fractura: Posición con respecto a la pieza oelemento estructural. Hay que identificar: Numero de planos en que se hadesarrollado la fractura.

3. Textura General de la superficie de fractura: Cri st alina (frágiles ),

leñosa (CBT o par alela a la di rección de las líneas de fo rja), rugosa

di recc ional (desgarro s em ifrági l, fib rosa (dúcti les), suave mate (fatiga),

suave bri l lan te (cizalladura).

4. Marcas típicas sobre la superficie de fractura: Líneas rad ia les (dirección d e propag ación), líneas c ircun ferenc iales (“playas” por

deten c ión de g rieta en fat ig a), est rías peri féricas (“ ratchets ” por dis t in tos

orígenes de ro tu ra simu ltáneos)




Dúcti l por carga

es tática Dúcti l plana por carga

es tátic a

Frági l pl ana p or carga

es tática

Desgarro sem if rágil Fatiga Tensocorrosión

ASPECTO MACROFRACTOGRÁFICO DEALGUNAS SUPERFICIES DE ROTURA




ESTUDIO MICROFRACTOGRÁFICO

INTERCRISTALINAS:

Aspecto empedrado de la superficie de fractura, apreciándose claramentelas caras de los granos y cuyo relieve puede ser,

Atendiendo a su estudio las roturas pueden ser:

por ataque de las caras de los granos,

con productos de corrosión (lodo cuarteado) o picaduras.

Relieve producido por la propia estructura del material,

o relieve producido por microdeformación plástica, que a su vez puedeser de:

Cúpulas Espinazos de desgarro y tabiques verticales




TRANSCRISTALINAS:no se aprecian las caras de los granos. Estas roturas de dividen en cuatrograndes grupos:

1. Por carga estática sin apreciación de los límites de grano(cúpulas ).

2. Por carga estática con apreciación de los límites de grano:(descohes iones o seudodescohes iones) .

3. De fatiga (en aleacio nes lig eras se aprecian estr iacio nes dúcti les y/o abanicos de plataform as escalonadas,en aceros y o tras aleaciones se

form an estr iac ion es dúct i les y plataformas de conto rno irregular).

4. Transcristalina con caracteres mixtos (desgarro sem ifrágil, zona

fin al de prop agación por fatig a y ro tu ras d e carácter f rági l y

propagación m ixta in ter-t ranscr is tal ina).




ALGUNOS EJEMPLOS DE CARACTERESMICROFRACTOGRÁFICOS TÍPICOS

Rotura intercr istal ina con cúpulas y espinazos de d esgarro

en las caras de los grano s

Rotura intercr istal ina con óxido cuarteado en cara de grano

Rotura transcris tal ina. Cúpulas de c oalesc encia m icro vacíos

Rotura transcristal ina por

desco hesión y

seudodescohesión

Rotura por fat iga. Estr iaciones típicas “dúctiles”

Desgarr o sem ifrágil. Ro tura

mix ta cúpulas-

seudodescohesiones



Grupo de Investigación de Ingeniería de Superficies y Materiales Nano estructurados

MICROMECANISMOS DE LAS ROTURASTRANSCRISTALINAS

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