La fractura intergranular ocurre cuando una grieta se propaga a lo largo de los límites de grano de un material, generalmente cuando estos límites de grano se debilitan. [1] La fractura transgranular más común ocurre cuando la grieta crece a través de los granos de material. Como analogía, en un muro de ladrillos, la fractura intergranular correspondería a una fractura que se produce en el mortero que mantiene unidos los ladrillos.
Es probable que ocurra agrietamiento intergranular si existe una influencia ambiental hostil y se ve favorecido por tamaños de grano más grandes y tensiones más altas. [1] El agrietamiento intergranular es posible en un amplio rango de temperaturas. [2] Mientras que el agrietamiento transgranular se ve favorecido por la localización de la deformación (que a su vez se ve favorecida por tamaños de grano más pequeños), la fractura intergranular es promovida por la homogeneización de la deformación resultante de los granos gruesos. [3]
La fragilización o pérdida de ductilidad suele ir acompañada de un cambio en el modo de fractura de una fractura transgranular a una intergranular. [4] Esta transición es particularmente significativa en el mecanismo de fragilización del átomo de impureza. [4] Además, la fragilización por hidrógeno es una categoría común de fragilización en la que se puede observar una fractura intergranular. [5]
La fractura intergranular puede ocurrir en una amplia variedad de materiales, incluidas las aleaciones de acero, las aleaciones de cobre, las aleaciones de aluminio y las cerámicas. [6] [7] [3] En metales con múltiples orientaciones de celosía , cuando una celosía termina y otra comienza, la fractura cambia de dirección para seguir el nuevo grano. Esto da como resultado una fractura de aspecto bastante irregular con bordes rectos de la veta y se puede ver una superficie brillante. En la cerámica, las fracturas interganulares se propagan a través de los límites de los granos, produciendo superficies lisas y desiguales donde los granos se pueden identificar fácilmente.
Mecanismos de fractura intergranular
Aunque es fácil identificar el agrietamiento intergranular, identificar la causa es más complejo ya que los mecanismos son más variados, en comparación con la fractura transgranular. [6] Hay varios otros procesos que pueden conducir a la fractura intergranular o la propagación preferencial de grietas en los límites del grano: [8] [6]
- Nucleación y coalescencia de microhuecos en inclusiones o partículas de segunda fase ubicadas a lo largo de los límites de los granos
- Grietas en el límite de grano y formaciones de cavidades asociadas con condiciones de ruptura por tensión a temperatura elevada
- Decohesión entre granos contiguos debido a la presencia de elementos de impurezas en los límites de los granos y en asociación con atmósferas agresivas como hidrógeno gaseoso y metales líquidos.
- Procesos de agrietamiento por corrosión bajo tensión asociados con la disolución química a lo largo de los límites de los granos
- Condiciones de carga cíclica
- Cuando el material tiene un número insuficiente de sistemas de deslizamiento independientes para adaptarse a la deformación plástica entre granos contiguos. Esto también se conoce como fractura intercristalina o separación del límite de grano.
- Difusión más rápida a lo largo de los límites del grano que a lo largo del interior del grano
- Nucleación y crecimiento más rápidos de precipitados en los límites de los granos
- El agrietamiento por enfriamiento , o el crecimiento de grietas después de un proceso de enfriamiento , es otro ejemplo de fractura intergranular y casi siempre ocurre por procesos intergranulares. [6] Este proceso de agrietamiento por enfriamiento es promovido por límites de grano debilitados y tamaños de grano grandes y, además, influenciado por el gradiente de temperatura en el que ocurre el enfriamiento y la expansión de volumen durante la transformación.
Desde el punto de vista de la energía, la energía liberada por la propagación de grietas intergranulares es mayor que la predicha por la teoría de Griffith , lo que implica que el término de energía adicional para propagar una grieta proviene de un mecanismo de límite de grano. [9]
Tipos de fractura intergranular
La fractura intergranular se puede clasificar en las siguientes categorías: [6]
- La fractura intergranular con hoyuelos implica casos en los que se produce una coalescencia de microhuecos en los límites de los granos como resultado de la cavitación por fluencia o la nucleación de huecos en los precipitados de los límites de los granos. Tal fractura se caracteriza por hoyuelos en la superficie. La fractura intergranular con hoyuelos generalmente conduce a una ductilidad macroscópica baja, con una topología con hoyuelos revelada en las facetas del grano cuando se observa con aumentos más altos (1000 a 5000x). Las impurezas que se adsorben en los límites de los granos promueven la fractura intergranular con hoyuelos. [6]
- La fractura quebradiza intergranular involucra casos en los que las superficies del grano no tienen hoyuelos que signifiquen coalescencia de microhuecos. Tal fractura se denomina frágil debido a la fractura antes de la deformación plástica. [4] Las causas incluyen partículas frágiles de segunda fase en los límites de los granos, segregación de impurezas o átomos en los límites de los granos y fragilización asistida por el medio ambiente. [6]
- La fractura por fatiga intergranular involucra casos en los que la fractura integral ocurre como resultado de una carga cíclica o fatiga . Este tipo específico de fractura intergranular a menudo se asocia con un procesamiento inadecuado de los materiales o condiciones ambientales adversas en las que los granos están gravemente debilitados. [6] La tensión aplicada a temperaturas elevadas (fluencia), los precipitados en los límites de los granos, el tratamiento térmico que causa la segregación en los límites de los granos y el debilitamiento ambientalmente asistido de los límites de los granos pueden provocar fatiga intergranular. [7]
Papel de los solutos y las impurezas.
A temperatura ambiente, la fractura intergranular se asocia comúnmente con una cohesión alterada como resultado de la segregación de solutos o impurezas en los límites de los granos. [10] Ejemplos de solutos que se sabe influyen en la fractura intergranular son azufre, fósforo, arsénico y antimonio específicamente en aceros, plomo en aleaciones de aluminio e hidrógeno en numerosas aleaciones estructurales. [10] A altos niveles de impurezas, especialmente en el caso de fragilización por hidrógeno , la probabilidad de fractura intergranular es mayor. [6] Se ha planteado la hipótesis de que los solutos como el hidrógeno estabilizan y aumentan la densidad de las vacantes inducidas por deformaciones, [11] lo que conduce a microgrietas y microhuecos en los límites de los granos. [5]
Papel de la orientación del límite de grano
El agrietamiento intergranular depende de la orientación relativa del límite común entre dos granos. La trayectoria de la fractura intergranular ocurre típicamente a lo largo del límite de grano del ángulo más alto. [6] En un estudio, se demostró que el agrietamiento nunca se presentó en los límites con una desorientación de hasta 20 grados, independientemente del tipo de límite. [12] En ángulos mayores, se observaron grandes áreas de comportamiento agrietado, no agrietado y mixto. Los resultados implican que el grado de agrietamiento de los límites del grano y, por tanto, la fractura intergranular, está determinado en gran medida por la porosidad del límite o la cantidad de desajuste atómico. [12]
Ver también
Referencias
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