Ensayos de Fatiga

ENSAYOS DE FATIGA

INTRODUCCIÓN

• Muchas aplicaciones industriales llevan asociada una carga cíclica en lugar de estatica y en ese caso, los materiales se romperán a tensiones mucho menores que aquellas que puede soportar la pieza bajo la aplicación de una única tensión estática. La fatiga es el fenómeno general de fallo del material tras varios ciclos de aplicación de una tensión menor a la de rotura.

¿QUE ES LA FATIGA?• Fatiga: elementos sometidos a tensiones dinámicas y

constantes.• La fractura acontece a un nivel inferior a la resistencia bajo

carga estática, suele ocurrir súbitamente y ser catastrófica. • Esos esfuerzos con frecuencia son menores que la resistencia

de cedencia del material. Sin embargo, cuando el esfuerzo se aplica una cantidad suficiente de veces, causa la falla por fatiga.

FASES DE LA FATIGALos fallos por Fatiga se producen en tres fases:

Fase 1 (Iniciación): Una o más grietas se desarrollan en el material. Las grietas pueden aparecer en cualquier punto del material pero en general ocurren alrededor de alguna fuente de concentración de tensión y en la superficie exterior donde las fluctuaciones de tensión son más elevadas.

Fase 2 (Propagación): Alguna o todas las grietas crecen por efecto de las cargas. Además, las grietas generalmente son finas y de difícil detección, aun cuando se encuentren próximas a producir la rotura de la pieza.

• Fase 3 (Rotura): La pieza continúa deteriorándose por el crecimiento de la grieta quedando tan reducida la sección neta de la pieza que es incapaz de resistir la carga desde un punto de vista estático produciéndose la rotura por fatiga.

Norma para los ensayos de fatiga

• El procedimiento de ensayo de fatiga se basa en la norma ASTM, E 466 – 96 Práctica estándar para la realización de amplitud constante fuerza controlada axiales de ensayos de fatiga de materiales metálicos.

ENSAYO DE FATIGA

• El ensayo de fatiga se utiliza para saber que carga y que numero de ciclos soportara algún material.

• Se aplican a una probeta una carga media específica (que puede ser cero) y una carga alternante y se registra el número de ciclos requeridos para producir la falla del material (vida a la fatiga).

• Por lo general, el ensayo se repite con probetas idénticas y varias cargas fluctuantes. Las cargas se pueden aplicar axialmente, en torsión o en flexión. Dependiendo de la amplitud de la carga media y cíclica, el esfuerzo neto de la probeta puede estar en una dirección durante el ciclo de carga o puede invertir su dirección.

Probeta

• Un esquema de la máquina típica para realizar un ensayo de fatiga se muestra en la figura. Aquí la probeta está sujeta a tensiones de compresión y extensión alternas de igual magnitud mientras se rota. Se cuenta el número de ciclos que soporta la muestra antes de fallar y se realiza una gráfica Tensión vs número de ciclos ( en escala logarítmica)

FIGURA REPRESENTATIVA

DIAGRAMA DE FATIGA

• Los datos procedentes de los ensayos de fatiga se presentan en un diagrama S-N, que es un gráfico del número de ciclos necesarios para provocar una falla en una probeta contra la amplitud del esfuerzo cíclico desarrollado, como se muestra en la siguiente figura:

Diagrama de fatiga

El aspecto de las piezas rotas por fatiga presentan en su superficie de rotura dos zonas características que son:

- Una zona lisa, de estructura finísima y brillante: la rotura por fatiga se da después de un periodo relativamente largo.- Una zona de cristales grandes, o de estructura fibrosa: cuando la rotura por fatiga se da instantáneamente debido a la disminución de sección.

Las circunstancias que influyen en la rotura por fatiga de un material metálico son:

• Estado de la superficie: el estado de esta tiene gran importancia sobre la rotura por fatiga.

• Variaciones de sección: el límite de fatiga se reduce por los cambios bruscos de sección no acordados con radios amplios, entalladuras de cualquier otra clase.

• Temperatura: en casi todos los materiales metálicos el aumento de temperatura por encima de cierto valor, disminuye el límite de fatiga.

• Tratamientos térmicos: las termones internas provocadas por tratamientos térmicos, crean localización de esfuerzos que pueden originar fisuras.

• Homogeneidad de la estructura cristalina: cuando la estructura no es homogénea puede suceder que los cristales más pequeñas, se acuñen entre las más grandes, originando fisuras y la consiguiente disminución de sección.

• Para los materiales ferrosos, la perdida de resistencia con el número de ciclos alcanza un límite denominado Resistencia a la fatiga ó Límite de vida a fatiga. Los materiales no férreos no tienen un límite tan marcado, aunque la velocidad de pérdida de resistencia disminuye con el número de ciclos y en este caso se escoge un número de ciclos tal como para establecer el límite.

MÁQUINAS PARA ENSAYO DE FATIGA

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