En ciencia de materiales , fractura por tensión ambiental o fractura asistida por el medio ambiente es el nombre genérico que se le da a la falla prematura bajo la influencia de tensiones de tracción y ambientes dañinos de materiales como metales y aleaciones , compuestos , plásticos y cerámicas .
Los metales y aleaciones exhiben fenómenos tales como agrietamiento por corrosión bajo tensión , fragilización por hidrógeno , fragilización del metal líquido y fatiga por corrosión, todos ellos incluidos en esta categoría. Entornos como el aire húmedo, el agua de mar y los líquidos y gases corrosivos provocan fracturas por tensión ambiental. Los compuestos de matriz metálica también son susceptibles a muchos de estos procesos.
Los plásticos y los compuestos a base de plástico pueden hincharse, despegarse y perder resistencia cuando se exponen a fluidos orgánicos y otros ambientes corrosivos, como ácidos y álcalis. Bajo la influencia del estrés y el medio ambiente, muchos materiales estructurales, particularmente los de alta resistencia específica, se vuelven quebradizos y pierden su resistencia a la fractura. Si bien su tenacidad a la fractura permanece inalterada, su factor umbral de intensidad de tensión para la propagación de grietas puede reducirse considerablemente. En consecuencia, se vuelven propensos a fracturarse prematuramente debido al crecimiento de grietas subcríticas. Este artículo tiene como objetivo dar una breve descripción de los diversos procesos de degradación mencionados anteriormente.
El agrietamiento por corrosión bajo tensión es un fenómeno en el que una acción sinérgica de la corrosión y la tensión de tracción conduce a una fractura frágil de materiales normalmente dúctiles a niveles de tensión generalmente más bajos. Durante el agrietamiento por corrosión bajo tensión, el material no es atacado relativamente por el agente corrosivo (no hay corrosión general, solo corrosión localizada), pero se forman grietas finas en su interior. Este proceso tiene serias implicaciones en la utilización del material porque los niveles de tensión seguros aplicables se reducen drásticamente en el medio corrosivo. El agrietamiento estacional y la fragilización cáustica son dos procesos de agrietamiento por corrosión bajo tensión que afectaron la capacidad de servicio de las vainas de cartuchos de latón y las calderas de acero remachadas, respectivamente.
Pequeñas cantidades de hidrógeno presentes dentro de ciertos materiales metálicos hacen que estos últimos sean frágiles y susceptibles al crecimiento de grietas subcríticas bajo tensión. La fragilización por hidrógeno puede ocurrir como efecto secundario de los procesos de galvanoplastia .
La falla retardada es la fractura de un componente bajo tensión después de transcurrido un tiempo, es un rasgo característico de la fragilización por hidrógeno (2). La entrada de hidrógeno en el material puede tener lugar durante el enchapado, el decapado , el fosfatado , la fusión , la fundición o la soldadura . La corrosión durante el servicio en ambientes húmedos genera hidrógeno, parte del cual puede ingresar al metal como hidrógeno atómico (H • ) y causar fragilidad. La presencia de una tensión de tracción , ya sea inherente o aplicada externamente, es necesaria para que los metales se dañen. Como en el caso del agrietamiento por corrosión bajo tensión, la fragilización por hidrógeno también puede conducir a una disminución en el factor de intensidad de tensión umbral para la propagación de grietas o un aumento en la velocidad de crecimiento de grietas subcríticas del material. El efecto más visible del hidrógeno en los materiales es una reducción drástica de la ductilidad durante los ensayos de tracción . Puede aumentar, disminuir o no afectar el límite elástico del material.
El hidrógeno también puede provocar deformaciones serradas en ciertos metales como el niobio , el níquel y algunos aceros (3).
Uno de los peores desastres causados por el agrietamiento por corrosión bajo tensión fue la caída del Silver Bridge , Virginia Occidental, en 1967, cuando una única grieta frágil formada por la oxidación llegó a ser crítica. La grieta estaba en uno de los eslabones de una de las cadenas de suspensión y toda la unión falló rápidamente por sobrecarga. El evento se intensificó y todo el puente desapareció en menos de un minuto, matando a 46 conductores o pasajeros en el puente en ese momento.