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• Kenny Ramirez

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• Fatiga (Material)
• Física aplicada e interdisciplinaria
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INTRODUCCIÒN: El ensayo de dureza se define que un material trabaja a fatiga cuando soporta cargas que varían cíclicamente con el tiempo. La presencia en cargas fluctuantes, en el vértice de discontinuidades geométricas más o menos agudas se produce un fenómeno de deformación elastoplàstica cíclica a partir del cual se produce la iniciación de la fisura por fatiga. La condición superficial y la naturaleza del medio cumplen un rol importante sobre la resistencia a la fatiga, esto es sobre el número de ciclos necesarios para que aparezca la fisura. En este experimento el ensayo tiene por objetivo analizar las características resistentes de los materiales cuando trabajan bajo cargas variables. FUNDAMENTO TEÒRICO: ‘La fatiga es el proceso de cambio estructural permanente, progresivo y localizado que ocurre en un material sujeto a tensiones y deformaciones variables en algún punto o puntos y que produce grietas o la fractura completa tras un número suficiente de fluctuaciones (ASTM)’, el 90% de las piezas que se rompen en servicio fallan debido a este fenómeno.

Figuras.1. Fatiga en un material

Un ensayo de fatiga es aquel en el que la pieza está sometida a esfuerzos variables en magnitud y sentido, que se repiten con cierta frecuencia. Muchos de los materiales, sobre todo los que se utilizan en la construcción de máquinas o estructuras, están sometidos a esfuerzos variables que se repiten con frecuencia. Es el caso de los árboles de transmisión, los ejes, las ruedas, las bielas, los cojinetes, los muelles. Cuando un material está sometido a esfuerzos que varían de magnitud y sentido continuamente, se

rompe con cargas inferiores a las de rotura normal para un esfuerzo de tensión constante. Figura.2. En el gráfico, se observa uno de los ciclos de los esfuerzos variables a los que está sujeto el material.

Si a un material se le aplican tensiones repetitivas (cíclicas) de tracción, compresión, flexión, torsión, etc., comenzaremos por medir los valores de los esfuerzos a que están sometidas las piezas. – El valor máximo de la tensión a que está sometida. – El valor mínimo de la tensión. – La diferencia entre el valor máximo y mínimo. – El valor medio (σmed). Existe un valor de ΔσF por debajo del cual no se produce rotura por fatiga. Es el límite de fatiga. La carga de fatiga es repetitiva (cíclica) y posee un

valor máximo y mínimo en cada ciclo. Pues bien, la diferencia entre ambos valores (ΔσF) es el límite de fatiga, independientemente del número de veces que se repite la acción. Características de una rotura por fatiga:  La rotura tiene su origen en pequeños defectos o concentradores de tensión.  Cada uno de los ciclos produce un avance del frente de grieta hasta que la sección remanente no es capaz de soportar la carga estática.  El inicio y la propagación de la grieta dependen fuertemente de las características resistentes del material, de su estructura cristalina y del tratamiento a que se somete en su proceso de fabricación.  El colapso por fatiga, en su inicio, es un fenómeno superficial y su avance depende del nivel de tensión aplicado.

Estado de Fatiga: a) Deformación plástica de los granos próximos a la superficie: La tensión cortante en el plano superficial de la pieza produce dislocaciones permanentes que se oxidan provocando la aparición de extrusiones e intrusiones. El tamaño de las grietas en este estado es microscópicos. b) Propagación de las grietas: La propagación de la grieta se reorienta perpendicular al campo tractivo. El crecimiento de grieta es entonces estable y puede ajustarse a una ley potencial del tipo:

∆ K1

es el factor de intensidad

da =C ∆ K 1m dN

en donde

de tensión (variable

en la

evolución de la grieta). c) Colapso por fatiga: El tamaño de la grieta se hace crítico y la pieza no es capaz de soportar el nivel de solicitación: Rotura inminente.

Figura.3. Crecimiento de las grietas Figura.4. Tasa de crecimiento microscópico frente a los datos de frecuencia . en su factor de intensidad de tensión.

Fases de rotura por fatiga: En los diversos tipos de fatiga existe el de la Fatiga de Alto cíclico (HCF) que es controlada por tensión y Fatiga de Bajo cíclico (LCF) controlada por deformación. Las fases son:

1

2

3 D Figura.5. Fases de rotura por fatiga 1: Deslizamiento grieta nucleación. 2: Escenario de propagación. 3: Rasguño o rotura por fatiga D: Defecto interno Límite de Fatiga: La carga de fatiga es repetitiva (cíclica) y posee un valor máximo y un valor mínimo en cada ciclo. La diferencia que existe en estos valores es el límite de fatiga, independientemente del número de veces que se repite la acción. Por debajo de este valor no se produce rotura por fatiga.

Figura.6. Presión cíclica vs Número de ciclos. Si el material está por debajo del límite de fatiga, teóricamente, el material duraría un número de infinito de ciclos, es decir, duraría indefinidamente.

CONCLUSIÒN: 

 

Se concluye que las piezas que están sometidas a esfuerzos variables fallan a cargas inferiores a las consideradas con esfuerzos constantes. Se concluye que es necesario considerar la rotura por fatiga, en aquellas aplicaciones donde las cargas varían con el tiempo. Se concluyó en que las gráficas de fatiga, permiten determinar el límite de fatiga para cada material.

Referencias bibliográficas y páginas web:  (2010) Ensayo de Fatiga Recuperado de: https://iesvillalbahervastecnologia.files.wordpress.com/2009/09/ensay o-de-fatiga-resiliencia-y-dureza5.pdf  (2015) Fatiga Estructural Recuperado de : http://www.imem.unavarra.es/EMyV/pdfdoc/elemaq/emtransparencias_fatiga.pdf 

(2007) Ensayo de Fatiga Recuperado de: http://materias.fi.uba.ar/6716/Introduccion%20a%20la%20Fatiga.pdf