Fundamentos de la Fatiga de Materiales y Ensayos de Dureza Mecánica
Definición de Fatiga
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 producen grietas o la fractura completa del elemento.
ASTM (American Society for Testing and Materials)
Según la ASTM, un ensayo de fatiga es aquel en el que la pieza está sometida a esfuerzos variables en magnitud y sentido, los cuales se repiten con cierta frecuencia determinada.
Características de una Rotura por Fatiga
La rotura tiene su origen en pequeños puntos concentrados de tensión. Cada uno de los ciclos produce un avance del frente de la grieta; inicialmente es superficial y su avance depende directamente de la tensión aplicada. Algunas formas de rotura se originan por esfuerzos de: tensión, compresión, flexión y torsión.
Esfuerzos y Deformaciones en Física
En física, se conoce como esfuerzo a la fuerza que actúa sobre un cuerpo para deformarlo. Estos esfuerzos pueden causar diferentes tipos de deformaciones según la naturaleza de la fuerza aplicada:
- Estirarlo: Esfuerzo de tracción o tensión.
- Aplastarlo: Esfuerzo de compresión.
- Doblarlo: Esfuerzo de flexión.
- Cortarlo: Esfuerzo de corte o cortante.
- Retorcerlo: Esfuerzo de torsión.
Para los experimentos de fatiga se utilizan probetas especiales. La carga de fatiga es de carácter repetitivo y posee un valor máximo y mínimo definido en cada ciclo de carga.
Las curvas de fatiga permiten determinar el límite de fatiga de un material. El estudio de la selección de fracturas permite determinar el nivel de tensión aplicada que ha sido causante de la rotura del material.
Dureza y Experimentos de Medición
Dureza: Se define como la resistencia del material a la deformación plástica o localizada.
1. Ensayo Rockwell
Este método se utiliza principalmente para materiales duros. Se divide en dos tipos de penetradores:
- De cono: Utiliza cargas de 60, 100 y 150 kg.
- De bola: Utiliza cargas de 15, 30 y 45 kg.
En este ensayo se mide la profundidad de la huella. El resultado se expresa al final con las siglas HRC (Hardness Rockwell Cone). El procedimiento consiste en aplicar primero una precarga para eliminar la rebaba, seguida de la carga principal y, finalmente, se realiza la lectura.
2. Ensayo Brinell
Se utiliza para materiales relativamente suaves. Para su ejecución, la superficie debe estar completamente lisa. Este ensayo emplea únicamente un penetrador de bola (con diámetros de 1 a 10 mm) y se aplica para rangos de carga desde 1 kg hasta 1000 kg. En este caso, se evalúa el área de la huella; si la huella es más pequeña, significa que el material posee una mayor dureza. El resultado se expresa al final como HB400 (donde Hardness Brinell es la escala y el número representa el valor de dureza obtenido).