Metalografia y Analisis de Fallas

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Metalografia y Análisis de Fallas 201 
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Análisis de falla en componentes de grúa 
Tibério Cescon", 1980 
l. INTRODUCCIÓN 
En el montaje de grúas de grande tamaño para la construcción de una central 
hidroeléctrica se produjo la rotura de tres componentes. Estos fueron enviados para 
estudio de las fracturas e identificados como: muestra A - tirante M36, pertenece a la 
cerradura de la columna donde será fijada la torre; muestra B - tirante M36, que fija 
la mesa de giro en el giro móvil; muestra C - perno M27, perteneciente a la grúa. 
Las muestras A y B se rompieron en la rosca después de la aplicación del torque 
especificado. La muestra C se partió en la cabeza con 50% del torque especificado. Los 
tirantes deben cumplir con la norma DIN 6914, y el perno, a la norma DIN 267 - 
clase 10.9. Según la norma DIN 6914, el nivel de resistencia de las barras también 
debe ajustarse a la clase 10.9 de la DIN 267. 
2. ENSAYOS REALIZADOS 
2.1. Análisis químico 
Los tirantes y el perno fueron producidos con acero cromo-molibdeno del tipo 
42CrMo4DIN 17200. adecuados para la clase 10.9 de la DIN 267 (tabla 1). 
Investigador responsable por el documento técnico 
202 Metalografía y Análisis de Fallas 
Tabla l. Resultados del análisis químico 
Muestra A, Muestra B, Muestra C, 
Elemento 
Cantidad (%) Cantidad(%) Cantidad(%) 
e 0.40 0.42 0.41 
Si 0.29 0.37 0.34 
Mn 0.63 1.08 0.89 
p 0.016 0.016 0.015 
s 0.019 0.021 0.018 
Ni 0.17 0.22 0.044 
Cr 1.00 1.09 0.94 
Mo 0.26 0.28 0.23 
2.2. Examen metalográfico y ensayo de dureza 
El examen metalográfico evidencio, para todas las muestras, estructura de 
acero aleado templado y revenido (figuras 1 a 3). Las figuras 4 y 6 muestran 
anomalías observadas junto a la superficie de las tres muestras. Los resultados de 
dureza son mostrados en la tabla 2. La dureza Rockwell C indicada es de valor medio 
de cinco pruebas. El ensayo de dureza Brinell fue ejecutado con carga de 19400 N 
(3000 kgf), y esfera de 10mm y el valor indicado es el promedio de tres pruebas. 
Tabla 2. Resultados de los ensayos de dureza en las escalas Rockwell C y Brinell 
Muestra HRC HB 
A 35 334 
B 38 365 
e 47 444 
2.3. Examen fractografico 
Las figuras 7 a 9 muestran los resultados del examen macrofractografico. La 
muestra A muestra una pequeña área más oscura del lado izquierdo que se rompió 
por un micromecanismo de fractura diversa del resto de la sección (figuras 10 y 11). 
2.4. Examen dimensional 
Los resultados muestran que los tirantes (muestras A y B) poseen fondo recto, 
no presentando redondeo. El perno M27 (muestra C) muestra un radio de redondeo 
de 0.48 +- 0.05 mm. La norma DIN 13, hoja 15 pide un radio de redondeado mínimo 
de 0.4 mm para las barras M36 y 0.300 mm para el perno M27. 
3. ANÁLISIS DE LOS RESULTADOS 
3.1. Tirante M36 (muestras A y B) 
Los tirantes fueron sometidos a tratamiento térmico de templado y revenido, 
resultando dureza y microestructura correctas. El comportamiento deficiente de estos 
componentes debe atribull·se a la presencia de cantos vivos en el fondo del filete, que, 
además de actuar como concentradores de tensión, constituyen lugares preferenciales 
para la formación de grietas de templado y de fragilizacion por hidrógeno procedente 
del revestimiento electrolítico de zinc que los tirantes exhiben. 
La muestra A muestra expansión volumétrica sub-superficial (blísters) junto a 
las inclusiones de sulfuro (figura 4) debido a la presencia de hidrógeno no removido 
después del cincado electrolítico. La zona intergranular en la superficie de fractura de 
la muestra A (figura 10) puede originarse en una de las dos hipótesis siguientes: 
a) pre-grieta de templado; 
b) grieta intergranular debido a la presencia de hidrógeno que se propago después 
del montaje (delayed fracture). 
En la muestra B, se encontraron grietas en la raíz del filete iniciando en los 
cantos vivos (ver figura 5), con características de grieta de templado, pero que 
también podría haber sido provocada por acción del hidrógeno en una región de alta 
concentración de tensiones, lo que explical'Ía que la rotura se produjo después de la 
aplicación del torque máximo. 
3.2. Perno M27 
El perno en examen se rompió debido a la insuficiencia de revenimiento en el 
tratamiento térmico y a la presencia de dobleces de forja en el radio de concordancia 
de la cabeza. El perno sufrió un templado, pero no fue revenido adecuadamente, 
resultando en una dureza de 444 HB, muy por encima del especificado (la 
norma DIN específica para la clase 10.9 un valor mínimo de 280 HB y máximo de 365 
HB). La figura 6 muestra claramente que la grieta que provoco la fractura del perno 
fue nucleada en el fondo de una de los dobleces presentes en la región del radio de 
concordancia. 
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4. CONCLUSIONES 
La rotm·a de los tirantes M36 ocurrió por la presencia de cantos vivos en el filete 
de la rosca resultante de la utilización de rodillos para producir las roscas con 
perfil fuera de la especificación y falta de (o inadecuada) remoción del hidrogeno 
después del cincado electrolítico. 
La rotura del perno M27 fue causada por la forja inadecuada de la cabeza que dio 
origen a dobleces en el radio de concordancia de la cabeza con el cuerpo y dureza 
excesiva resultante del revenido insuficiente después del templado. 
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5.FIGURAS 
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Figura l. Microestructura de la muestra A. Martensita revenida e inclusiones alargadas de 
sulfuro. Sección longitudinal. Nital. 400X. 
Figura 2. Microestructura de la muestra B. Martensita revenida y bainita con porcentaje bajo. 
Sección longitudinal. Nital. 400X. 
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Figura 4. Muestra A: microestructura junto a la superficie en la región roscada. Rosca 
enrollada revestida por capa de zinc electrolítico. Se observa la presencia de defectos sub- 
superficiales resultantes de la expansión de gas (blisters), acompañando la orientación de las 
inclusiones. Sección longitudinal. Nital. lOOX. 
Figura 5. Muestra B: microestructura junto a la superficie en la región roscada. Rosca 
enrollada revestida por capa de zinc electrolítico. Se observa grieta intergranular iniciada en 
canto vivo (flecha), característica de templado. El perno está libre de descarburación. Sección 
longitudinal. Nital. 150X. 
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Raio de concordancia 
N 
, 
• 
Figura 6. Muestra C: microestructura junto a la región del radio de concordancia del cuerpo del 
perno con la cabeza (local de rotura). Numerosos dobleces de forja (flechas) junto a la 
superficie. La grieta que provoco la fractura tiene origen en el fondo de un doblado de forja (N). 
Sección longitudinal. Nital. lOOX. 
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Figura 7. Muestra A. Fractura frágil iniciada en la grieta preexistente (flecha) en el fondo del 
filete. 
Figura 8. Muestra B. Fractura frágil con propagación radial desde el fondo del filete (flechas) 
hacia el centro. 
Figura 9. Muestra C. Fractura frágil con múltiple nucleación junto al radio de concordancia de 
la cabeza del perno (flechas). lOOOX. 
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• .. ' ' , 
Figura 10. Muestra A. Aspecto de la superficie de fractura en la región de inicio de fractura. 
Fractura predominantemente intergranular. MEB-SEI. lOOOX. 
209 
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Figura 11. Muestra A Aspecto de la superficie de fractura en la región de propagación de la 
grieta. Fractura mixta, preponderantemente por alveolos (dúctil). MEB-SEI. lOOOX.