fragilidad en frío

Un metal es frágil en frío cuando se vuelve quebradizo y se fractura fácilmente por debajo de cierta temperatura, incluso bajo un esfuerzo mecánico moderado. La fragilidad aparece repentinamente a medida que la temperatura desciende, no gradualmente. El acero, el hierro fundido y algunas aleaciones de cobre exhiben este comportamiento. Una viga estructural que se dobla de forma segura a temperatura ambiente podría romperse como el vidrio a menos 20 grados Celsius.

La fragilidad en frío generalmente es el resultado de la presencia de fósforo, azufre o arsénico en el metal. Estos elementos se acumulan en los límites de grano, debilitando los enlaces entre los cristales. El efecto empeora con un mayor contenido de carbono y un mayor tamaño de grano. Las adiciones de manganeso y níquel pueden suprimir la fragilidad en frío al contrarrestar estos efectos de segregación. Por esta razón, el acero estructural para bajas temperaturas contiene adiciones deliberadas de manganeso y límites estrictos de fósforo especificados en normas como la ASTM A572.

Variantes e impacto práctico

La fragilidad en frío difiere de la fragilidad en caliente (fragilidad a alta temperatura, generalmente por oxígeno o azufre). Un metal puede sufrir de una, de ambas o de ninguna. El acero para tuberías utilizado en entornos árticos debe someterse a pruebas de temperatura de transición utilizando pruebas de impacto como la Charpy con entalla en V, que mide la energía absorbida antes de la fractura en un rango de temperaturas. El acero con poca resistencia a la fragilidad en frío mostrará una fuerte caída en la energía absorbida por debajo de su temperatura de transición.

La Temperatura de Transición Dúctil-Frágil (DBTT) define el umbral. Los aceros inoxidables austeníticos y las aleaciones de aluminio suelen tener una DBTT muy por debajo de las condiciones normales de servicio. Los metales cúbicos centrados en el cuerpo, como el acero ferrítico y la mayoría de los hierros fundidos, tienen una DBTT más alta y son propensos a la fragilidad en frío a menos que se controlen cuidadosamente. La práctica de diseño tiene esto en cuenta: las tuberías árticas utilizan acero con una DBTT inferior a menos 40 grados Celsius, mientras que las aplicaciones en climas templados toleran temperaturas de transición más altas.

El término "short" (corto) refleja la apariencia de la fractura frágil: la rotura es corta y repentina, con poca deformación permanente, en lugar del largo estiramiento dúctil observado en la falla a temperatura ambiente. Es un defecto del material, no una falla de procesamiento, aunque el procesamiento puede reducir la gravedad mediante el refinamiento del grano y el control de los elementos.