Coring, fractura de Griffith, inyección de polímeros y fluencia en materiales

Efecto Coring en Materiales

El efecto coring se refiere a la diferencia de concentración de los componentes en las sucesivas capas, desde el núcleo hacia el exterior, en un grano monofásico. Este fenómeno también se conoce como segregación dendrítica en las dendritas. En las micrografías de las dendritas, se observa una composición diferente entre el núcleo y la corteza exterior, lo cual se refleja también en la composición química.

Este efecto es consecuencia de una difusión incompleta para conseguir una única fase sin variaciones de composición en los granos. El proceso implica la formación de un grano mediante la adición de capas, a partir del embrión, con composiciones crecientes del metal de menor punto de fusión, debido a la estabilidad química de las fases a cada temperatura.

La homogeneización de la fase requiere la difusión del metal de mayor punto de fusión desde el interior al exterior, y del metal de menor punto de fusión desde el exterior al interior. Como resultado, el efecto coring hace que el grano sea más rico en el componente de mayor punto de fusión en el núcleo, y en el de menor punto de fusión en la corteza.

Teoría de Griffith y la Fractura en Materiales

¿Cuándo ocurre el fallo que origina la fractura según la teoría de Griffith?

Según la teoría de Griffith, el fallo ocurre cuando la energía libre alcanza un valor pico en la longitud de grieta crítica. Una vez que se supera esta energía libre, la longitud de la grieta crecerá y, por lo tanto, esta energía libre decrecerá debido a que se ha producido la fractura.

¿Por qué decrece la energía libre como consecuencia de la fractura?

Durante la propagación de una grieta, se libera energía de deformación elástica del cristal y se consume la energía necesaria para la formación de nuevas superficies. Las grietas pueden actuar como concentradores de esfuerzo. El esfuerzo total en la formación de una grieta se divide entre la energía que se acumula en la superficie y la tensión. Cuando aumenta la longitud de la grieta, disminuye la energía tensional a la par que aumenta la energía superficial. Por lo tanto, cuando el factor de intensidad de esfuerzos es menor o igual que la tenacidad a la fractura, la fractura no se producirá.

Inyección de Termoestables y Termoplásticos

El proceso de inyección de termoestables y termoplásticos comienza con la alimentación del material a través de una tolva. Luego, el material es transportado hasta el molde mediante un tornillo sin fin. El sistema se calienta utilizando un fluido térmico o resistencias. A continuación, se inyecta el material en el molde.

• Si la matriz es termoestable, el molde se calienta mediante resistencias.
• Si la matriz es termoplástica, el molde se enfría con agua.

Cuando la pieza está rígida, se abre el molde. Los parámetros que se deben controlar para conseguir una buena distribución y orientación del refuerzo son: la temperatura del molde, la velocidad y la presión de inyección.

Ventajas de la Inyección

• Velocidades de producción superiores a SMC (Sheet Molding Compound).
• Posibilidad de obtener formas complejas.
• Posibilidad de automatización.

Desventajas de la Inyección

• Propiedades mecánicas inferiores a SMC, debido al uso de fibras cortas para facilitar el flujo del material.

Fractura Dúctil y Fluencia

Un material trabaja en fluencia cuando experimenta grandes y crecientes alargamientos bajo cargas constantes. La consecuencia de la inestabilidad en este proceso es la fractura dúctil. El trabajo en fluencia es un método común para la conformación de piezas, las cuales están sometidas a altas tensiones que sobrepasan el límite elástico. Cuando la temperatura de servicio aumenta, la velocidad de aplicación de la carga disminuye.

El agotamiento de la pieza en servicio debido a la fluencia produce una fractura dúctil, que tiene una estructura fibrosa y absorbe una gran cantidad de energía.

Comportamiento en Fluencia

• Bajas Temperaturas: Las aleaciones experimentan endurecimiento correlativo con el nivel de deformación.
• Altas Temperaturas: No se registran endurecimientos.

Fluencia con Endurecimiento y Ensayo de Tracción

El ensayo de tracción se realiza para definir la resistencia elástica y última del material cuando se le somete a una fuerza axial. Se requiere una máquina capaz de:

• Alcanzar la fuerza suficiente para producir la fractura de la probeta.
• Controlar la velocidad de aumento de la fuerza.
• Registrar la fuerza (F) aplicada y el cambio de longitud (ΔL) que provoca.

A partir del diagrama de tracción, se pueden deducir conceptos elásticos y plásticos del material.