En los últimos años, derrames en tuberías y tanques de petróleo, fugas en centrales nucleares, así como daños en materiales avanzados que se utilizan en la industria del ponen de manifiesto como las roturas y grietas (fractura) pueden tener un efecto muy negativo en la salud, la seguridad, el medioambiente y como no, en la economía. De hecho, informes recientes sugieren que el coste de las roturas (fractura) alcanza en Europa un 4% de su PIB lo que significa unos 500 billones de euros aproximadamente. Así pues existe una creciente necesidad de materiales con mejor resistencia a la fractura.
Cuando los materiales metálicos se deforman durante su vida en servicio, hay un punto en el cual empiezan a aparecer huecos muy pequeños dentro del material, cuyos diámetros son 100 veces más pequeños que el ancho de un cabello humano. Estos pequeños huecos crecen, y cuando son lo suficientemente grandes, se conectan entre ellos provocando la rotura del material. Así pues, conocer a la velocidad a la que crecen estos huecos es un aspecto clave para entender cuando los materiales van a fallar. Hasta la fecha, la mayoría de los trabajos se han centrado en huecos más o menos grandes (superiores a 10 micrómetros, 10 veces menor que el diámetro de un pelo humano) y hay muy poca información experimental de los mecanismos de crecimiento de huecos de tamaño micrométrico o menores. Esta falta de información sobre la fractura en la microescala es uno de los principales factores que impiden obtener mejores predicciones de la fractura de materiales.
La investigación llevada a cabo por investigadores del Instituto IMDEA Materiales, en el marco del proyecto MicroFrac, financiado por el Programa Marco Horizonte 2020 de I+D de la Unión Europea, a través de las acciones Marie Skłodowska-Curie, ha contribuido al mejor conocimiento de la fractura a escala micrométrica a través de la combinación de innovadores ensayos experimentales y modelización avanzada. Huecos microscópicos (microhuecos) con diámetros por debajo de la micra fueron artificialmente generados en láminas metálicas, para ser posteriormente ensayados in situ dentro de sistemas avanzados de microscopía electrónica.
Los resultados obtenidos en el proyecto MicroFrac, liderado por el Dr. Arnaud Weck están permitiendo entender mejor las fases iniciales de la fractura en materiales metálicos, cuando los huecos son todavía muy pequeños [1]. Tal y como comenta el Dr. Weck, "las simulaciones preliminares que se han obtenido predicen correctamente el comportamiento físico observado por lo que los resultados son muy prometedores para el desarrollo de herramientas de simulación avanzadas que nos ayuden a contestar de manera más exacta a ¿Cuándo romperá?, y por tanto para diseñar materiales mucho más resistentes a la fractura".
[1] M. Pushkareva, J. Adrien, E. Maire, J. Segurado, J. Llorca, A.Weck. Three-dimensional investigation of void growth leading to fracture in commercially-pure titanium. Materials Science and Engineering A. (2016) In press. DOI: dx.doi.org/10.1016/j.msea.2016.06.053
