La fractura intergranular , agrietamiento intergranular o fragilización intergranular ocurre cuando una grieta se propaga a lo largo de los límites de grano de un material, generalmente cuando estos límites de grano están debilitados. [1] La fractura transgranular que se observa con más frecuencia ocurre cuando la grieta crece a través de los granos del material. A modo de analogía, en una pared de ladrillos, la fractura intergranular correspondería a una fractura que se produce en el mortero que mantiene unidos los ladrillos.
Es probable que se produzca agrietamiento intergranular si existe una influencia ambiental hostil y se ve favorecido por tamaños de grano más grandes y tensiones más altas. [1] El craqueo intergranular es posible en un amplio rango de temperaturas. [2] Mientras que el craqueo 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 se ve favorecida por la homogeneización de la deformación resultante de los granos gruesos. [3]
Fractura intergranular producida por la propagación de grietas a lo largo de los límites de los granos.
La fragilidad o pérdida de ductilidad suele ir acompañada de un cambio en el modo de fractura de transgranular a intergranular. [4] Esta transición es particularmente significativa en el mecanismo de fragilización de los átomos de impurezas. [4] Además, la fragilización por hidrógeno es una categoría común de fragilidad en la que se puede observar fractura intergranular. [5]
La fractura intergranular puede ocurrir en una amplia variedad de materiales, incluidas aleaciones de acero, aleaciones de cobre, aleaciones de aluminio y cerámicas. [6] [7] [3] En metales con múltiples orientaciones de red , cuando una red 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 fibra y se puede ver una superficie brillante. En la cerámica, las fracturas intergranulares se propagan a través de los límites de los granos, produciendo superficies lisas y con baches donde los granos pueden identificarse 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 una fractura intergranular o a una propagación preferencial de grietas en los límites de los granos: [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 los límites 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 impuros en los límites de los granos y en asociación con atmósferas agresivas como hidrógeno gaseoso y metales líquidos.
Cuando el material tiene un número insuficiente de sistemas de deslizamiento independientes para acomodar la deformación plástica entre granos contiguos. Esto también se conoce como fractura intercristalina o separación de límites de grano.
Difusión más rápida a lo largo de los límites de los granos que a lo largo de los interiores de los granos.
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 mediante procesos intergranulares. [6] Este proceso de craqueo por enfriamiento se ve favorecido por límites de grano debilitados y tamaños de grano grandes y, además, está influenciado por el gradiente de temperatura en el que se produce el enfriamiento y la expansión de volumen durante la transformación.
Desde el punto de vista energético, la energía liberada por la propagación de una grieta intergranular 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 coalescencia de microhuecos en los límites de grano como resultado de cavitación por fluencia o nucleación de huecos en los precipitados de los límites de grano. Esta 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 frágil intergranular implica casos en los que las superficies de los granos no tienen hoyuelos que signifiquen coalescencia de microhuecos. Esta fractura se denomina frágil debido a la fractura antes de la fluencia plástica. [4] Las causas incluyen partículas frágiles de segunda fase en los límites de los granos, impurezas o segregación de átomos en los límites de los granos y fragilización asistida por el medio ambiente. [6]
La fractura por fatiga intergranular implica casos en los que la fractura integranular se produce como resultado de una carga cíclica o fatiga . Este tipo específico de fractura intergranular a menudo se asocia con un procesamiento inadecuado de materiales o condiciones ambientales adversas donde los granos están severamente debilitados. [6] La tensión aplicada a temperaturas elevadas (fluencia), los precipitados en los límites de los granos, el tratamiento térmico que causa segregación en los límites de los granos y el debilitamiento de los límites de los granos asistido por el medio ambiente 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 resultante de la segregación de solutos o impurezas en los límites de los granos. [10] Ejemplos de solutos que se sabe que influyen en la fractura intergranular son el azufre, el fósforo, el arsénico y el antimonio específicamente en los aceros, el plomo en las aleaciones de aluminio y el hidrógeno en numerosas aleaciones estructurales. [10] A altos niveles de impureza, especialmente en el caso de fragilización por hidrógeno , la probabilidad de fractura intergranular es mayor. [6] Se plantea la hipótesis de que los solutos como el hidrógeno estabilizan y aumentan la densidad de las vacantes inducidas por la deformación, [11] lo que provoca microfisuras 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. El camino de la fractura intergranular ocurre típicamente a lo largo del límite de grano del ángulo más alto. [6] En un estudio, se demostró que nunca se presentaron grietas en 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 de grano y, por tanto, de fractura intergranular, está determinado en gran medida por la porosidad de los límites o la cantidad de desajuste atómico. [12]
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