Fatiga de materiales: etapas, ciclos de tensión y factores que la afectan

¿Qué es la Fatiga de un Material?

La fatiga de un material es un cambio estructural permanente, localizado y progresivo, que aparece en un material sujeto a deformaciones repetitivas o fluctuantes y conduce a su ruina.

Etapas de la Fatiga

1. Inicio o comienzo del agrietamiento.
2. Propagación de las grietas.
3. Fractura rápida.

Factores que Favorecen la Fatiga

Diversos factores pueden influir en el proceso de fatiga:

• Mecánicos: Tipo de carga, magnitud de la tensión.
• Microestructurales: Tamaño de grano, fases presentes.
• Del Medio Ambiente: Corrosión, temperatura.

Límite de Fatiga

La rotura no se produce si la diferencia entre la tensión máxima y mínima es inferior a cierto valor, llamado límite de fatiga, que depende de la tensión media.

Tensiones Cíclicas

Las tensiones cíclicas pueden ser:

• Alternativas: Cambian de signo en cada semiciclo.
• Oscilantes: Siempre del mismo signo.

Ciclo de Tensión

Un ciclo es la parte simple de la curva de tensión que se repite periódicamente.

Parámetros del Ciclo

• Rango de tensiones (Δk): Diferencia entre tensiones máxima y mínima.
• Amplitud de tensiones (f): Mitad del rango (f = Δk/2).
• Tensión media: Semisuma entre la tensión máxima y mínima.

Fatiga: Ciclo Alto vs. Ciclo Bajo

El límite entre ciclo alto y ciclo bajo se define por el número total de ciclos de tensiones necesarios para producir el fallo:

• Ciclo Alto: Asociado con tensiones bajas (más de 10⁵ ciclos).
• Ciclo Bajo: Asociado con tensiones altas (menos de 10⁵ ciclos).

Ensayos para Determinar la Vida a Fatiga

Se pueden realizar diversos ensayos para determinar la vida a fatiga de un material:

• Tracción-compresión con esfuerzo axial.
• Flexión rotativa.
• Flexión plana.
• Torsión.

Curva S-N

La curva S-N representa los datos de los ensayos de fatiga. Estas curvas son muy útiles para estudiar la vida a fatiga de un material. Es importante señalar que no diferencia entre la etapa inicial y la de propagación, indicando solo el número de ciclos hasta la rotura.

Factores que Afectan la Vida a Fatiga

Diversos factores pueden afectar la vida a fatiga de un material:

• Tensiones medias.
• Concentración de tensiones.
• Efectos de superficie.

Factores Medioambientales

• Efectos térmicos.
• Fatiga por contacto.
• Fatiga por corrosión.

Factores Microestructurales

• Tamaño del grano.
• Partículas de segunda fase.
• Orientación microestructural.

Factores en la Propagación de Grietas de Fatiga

La propagación de las grietas de fatiga tiende a disminuir el valor de c, mientras que el incremento de las características como el módulo elástico E y la resistencia a la fluencia afectan al valor de m. La orientación del esfuerzo, la tenacidad y la resistencia a la fluencia del material también influyen.

A medida que aumenta la tenacidad, disminuye el valor de m, lo que indica que un material tenaz resiste mejor a la propagación de las grietas que un material frágil. El aumento de la resistencia a la fluencia incrementa m, y la grieta tiende a propagarse más rápido.