Fallos y modos de fallo en materiales

Fallos y modos de fallo en materiales

Los fallos y modos de fallo, es decir, la pérdida de características o funciones de un producto o material, producen una serie de efectos que será necesario averiguar para poder solucionarlos. En este artículo analizamos qué es el término modo de fallo y cuáles son los tipos de fallos que se pueden producir en los materiales.

¿Qué significa modo de fallo o fallo de material?

Un fallo es la ruptura de un objeto o material, ya sea de metal, hormigón, plástico, etc., debido a diversos factores que afectan a la resistencia, la estabilidad y la composición química de la estructura. Las razones de los fallos pueden ser múltiples, como por ejemplo corrosión, fatiga o desgaste, entre otras causas. Por este motivo, el diseño de un componente o estructura a menudo requiere que el ingeniero minimice la posibilidad de fallo, ya que cuando el componente de un producto sufre un fallo, bien sea rotura o cambio de forma, deja de poder realizar la función que se les había asignado.

Las causas habituales de los fallos son la selección y el procesamiento inadecuados de los materiales y el diseño inapropiado del componente o su mal uso. En este supuesto debemos entender qué ha provocado el fallo para poder corregirlo y evitar que se repita. Para ello el mejor método que se puede utilizar es el análisis modal de fallos y efectos.

Tipos de modos de fallos

Fallo por fatiga

En la ciencia de los materiales, la fatiga –el debilitamiento de un material causado por una carga cíclica que da lugar a un daño estructural progresivo, frágil y localizado– es el modo de fallo más habitual y el que generalmente produce otros tipos de fallos. Una vez que se ha iniciado una grieta, cada ciclo de carga hará crecer la grieta un poco más, incluso cuando las tensiones alternas o cíclicas repetidas son de una intensidad considerablemente inferior a la resistencia normal.

No obstante, existen muchos tipos específicos de fatiga. Entender las propiedades de cada uno ayudará a los ingenieros, mediante el análisis modal de fallos y efectos, a determinar qué riesgos de fatiga pueden afectar a un determinado material o producto. Los tipos más comunes de fallo por fatiga son los siguientes:

·       Fatiga mecánica

Este tipo de fallo suele estar causado por un problema de resistencia mecánica y suele atribuirse a una mala elección de la materia prima, a defectos de fabricación, a soldaduras débiles o a defectos de diseño.

·       Fatiga por fluencia

Sucede cuando una acumulación de tensiones cíclicas o térmicas deforman el material, durante un largo período de tiempo, hasta que la deformación se vuelve tan grave que la pieza deja de funcionar de manera adecuada y se produce el fallo por fluencia.

·       Fatiga por corrosión

La corrosión aparece por efecto de una reacción entre un determinado material y un elemento externo, normalmente agua u otros factores ambientales. A medida que la oxidación modifica las propiedades del material original, este se vuelve frágil y más susceptible a las fisuras causadas por los esfuerzos cíclicos.

·       Fatiga termo-mecánica

Se trata de un modo de fallo que consiste en el resultado combinado de las fatigas mecánica, por fluencia y por corrosión. Como las temperaturas extremas provocan fluencia y los factores ambientales corrosión, los materiales se vuelven más propensos a sufrir daños y grietas bajo el efecto de cargas cíclicas.

Fallo por desgaste

El desgaste es un daño superficial inducido mecánicamente que elimina progresivamente el material por efecto del movimiento relativo entre superficies o por el contacto entre la superficie y una sustancia. Como un fluido o las partículas duras y abrasivas que, por ejemplo, forman parte de un lubricante.

Fallo por corrosión

Hay que tener en cuenta que todos los metales y aleaciones están sujetos a la corrosión. En este sentido, la corrosión se asocia al fallo mecánico de un objeto y se produce cuando los átomos de metal se desprenden de su elemento estructural hasta que éste falla. Otro modo de fallo por corrosión muy habitual es el que se produce por acumulación de óxido en una tubería hasta que se tapona.

Fallo por fluencia

La fluencia consiste en la deformación permanente que aumenta con el tiempo bajo una carga o tensión constante. Se produce debido a la exposición prolongada a grandes esfuerzos mecánicos externos y es más grave en materiales sometidos a calor durante mucho tiempo. En este aspecto, se trata de un modo de fallo a tener muy en cuenta en determinadas industrias como la aeroespacial, por ejemplo, a la hora de diseñar motores a reacción.

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