La Fatiga.docx

La fatiga de materiales se refiere a un fenómeno por el cual la rotura de los materiales bajo cargas dinámicas cíclicas se produce más fácilmente que con cargas estáticas. Aunque es un fenómeno que, sin definición formal, era reconocido desde la antigüedad, este comportamiento no fue de interés real hasta la revolución industrial, cuando, a mediados del siglo XIX se comenzaron a producir las fuerzas necesarias para provocar la rotura de los materiales con cargas dinámicas muy inferiores a las necesarias en el caso estático; y a desarrollar métodos de cálculo para el diseño de piezas confiables. Este no es el caso de materiales de aparición reciente, para los que es necesaria la fabricación y el ensayo de prototipos. LA FATIGA. Es un proceso de degeneración de un material sometido a cargas cíclicas de

valores por debajo de aquellos que serían capaces de provocar su rotura mediante tracción. Durante dicho proceso se genera una grieta que, si se dan las condiciones adecuadas crecerá hasta producir la rotura de la pieza al aplicar un número de ciclos suficientes. El número de ciclos necesarios dependerá de varios factores como la carga aplicada, presencia de entallas. Fallos por fatiga, este se produce en tres fases: Iniciación (FASE 1): Una o mas grietas se desarrollan en el material. Propagación (FASE2): Alguna o todas las grietas crecen por efecto de las cargas. Rotura (FASE 3): La pieza continua 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. Fractura por fatiga se debe a deformaciones plásticas de la estructura de forma similar a como ocurre en deformaciones mono-direccionales producidas por cargas estáticas, con la diferencia fundamental de que bajo cargas cíclicas se generan deformaciones residuales en algunos cristales. Incluso bajo cargas pequeñas pueden aparecer estas bandas de deslizamiento, aumentando con el número de ciclos llegando a provocar la aparición de una fisura. Este proceso inicial, que se puede denominar nucleación, se da preferentemente en granos próximos a la superficie produciendo los efectos de intrusión y extrusión, facilitando la existencia de la intrusión la propagación de la grieta debido a la tracción. También puede iniciarse el proceso en puntos que presenten algún tipo de irregularidad como inclusiones, discontinuidades superficiales, etc. La siguiente fase es la de crecimiento de grieta que puede dividirse a su vez en dos fases. La primera fase supone el crecimiento de una grieta corta en pequeñas distancias del tamaño de pocos. En esta fase, dado que el tamaño de la grieta es comparable al de los elementos característicos de la microestructura del material, dicha microestructura (tamaño de grano, orientación de los mismos…) afecta en gran medida al crecimiento de la grieta. La segunda fase consiste en un crecimiento de la grieta normal al plano principal de tensiones. En este caso de grietas más largas la microestructura del material afecta en menor medida al crecimiento de la grieta dado que la zona de plastificación creada por el propio crecimiento de la grieta es mucho mayor que las dimensiones características de la microestructura.

Para realizar un análisis a fatiga o de durabilidad, se debe proporcionar información específica para el análisis de fatiga:   

Propiedades a fatiga de los materiales. Variación de las carga a fatiga. Opciones de análisis a fatiga.

PROCEDIMIENTO PARA LA PRUEBA DE FATIGA A continuación se presenta de manera detallada, el procedimiento para llevar a cabo la prueba de fatiga: 1. El monitor desarrolla la teoría correspondiente a la fatiga y a los ensayos establecidos para su estudio. 2. Se determina qué material se utilizará para la prueba (esto depende del material en que se han fabricado las probetas previamente). 3. Hacer la gráfica S-N del material a emplear. 4. De acuerdo al material de las probetas, se procede a establecer el esfuerzo que se inducirá a las mismas. Este esfuerzo inducido equivale a un porcentaje del esfuerzo máximo o resistencia a la tracción del material, el cual se encuentra establecido en tablas del laboratorio. (Se recomienda aplicar esfuerzos menores al 90% y mayores al 50% de la resistencia a la tracción del material). 5. Se determina el peso total que se suspenderá a la probeta para el desarrollo de la prueba. Este peso se encuentra establecido en placas previamente taradas y listas para su utilización. El peso total que se seleccione, debe estar dado en libras (lb.) para realizar los cálculos correspondientes. 6. Con los datos del peso a utilizarse y el esfuerzo inducido establecido, se procede a calcular la distancia a la cual debe ubicarse la chumacera de carga móvil (con el peso suspendido) de la chumacera fija. (Se utiliza la ecuación 4 para calcular dicha distancia). Además, se estima el número de ciclos que resistirá el material, utilizando la gráfica S-N. 7. Seguido del cálculo de la distancia, se procede a ubicar la probeta en los soportes de la chumacera fija; debe estar ajustada como lo indique el monitor para el correcto funcionamiento. En el extremo que se encuentra en voladizo, debe estar la tranca de madera para sostener el peso mientras la máquina no esté funcionando. 8. Con ayuda del calibrador (vernier), se ubica la chumacera móvil (la cual contiene suspendido el peso) a la distancia que se ha obtenido en los cálculos. Se ajusta la probeta al soporte en la chumacera móvil con ayuda de la llave brístol según lo indicado por el monitor.

9. Con la probeta lista y ajustada, se procede a verificar que el interruptor interno esté activado y ubicado en el sitio que garantice que la máquina se detenga justo en el momento de la falla del material. 10. Se retira la madera de apoyo del peso. 11. Se enciende el interruptor del contador numérico de ciclos. En este momento la probeta empieza a girar. 12. Observar detalladamente el movimiento que presenta la probeta (tensión – compresión) al encontrarse girando. 13. Registrar el número de ciclos que ha resistido el material hasta presentar falla, este dato se obtiene del contador digital de ciclos. 14. Extraer las partes de la probeta (rota) utilizada de la máquina y depositarlas en el recipiente acordado para tal fin. 15. Ubicar las herramientas e instrumentos utilizados en el lugar donde han sido encontrados.