Propiedades y Ensayos de Materiales: Fatiga, Endurecimiento y Control de Calidad

Fatiga de Materiales: La Rotura por Tensiones Repetidas

La fatiga es un fenómeno que provoca la rotura de un material sometido a cambios de tensiones repetidas. Este tipo de fallo, conocido como “rotura por tensiones repetidas”, se produce de forma brusca, imprevista y sin una deformación plástica visible.

Los esfuerzos que la causan pueden ser dinámicos, vibratorios, alternativos o pulsatorios. La resistencia a la fatiga de un material depende de distintos factores, entre los que se incluyen:

• Tratamiento térmico aplicado.
• Tratamiento superficial.
• Corrosión del material.
• Tiempo o vida útil de uso.
• Exceso en las condiciones de trabajo.

La curva característica de los ensayos de fatiga relaciona el tiempo o el número de ciclos de carga con la tensión de rotura.

Procesos de Endurecimiento de Materiales

El endurecimiento es un proceso destinado a aumentar la dureza y resistencia de los materiales. Se puede realizar mediante varios procedimientos:

Endurecimiento por Precipitación

Es un tratamiento térmico que permite aumentar significativamente la dureza y la resistencia en ciertas aleaciones metálicas.

Endurecimiento Superficial

Este método busca conferir a la pieza una dureza especial en su capa externa para evitar el desgaste en superficies de deslizamiento, como en el caso de los engranajes. Esto, a su vez, contribuye a una menor fatiga del material. Algunos procesos de endurecimiento superficial son:

• Granallado (Shot Peening): Consiste en proyectar pequeñas partículas abrasivas (granalla) a alta velocidad (aproximadamente 120 m/s) contra la pieza. El impacto elimina contaminantes y genera tensiones de compresión residuales que mejoran la resistencia a la fatiga.
• Bruñido: Es un proceso de superacabado que utiliza herramientas con elementos abrasivos para alisar la superficie, retirar virutas y mejorar la precisión dimensional y el acabado superficial.

Endurecimiento por Conversión

Este tipo de endurecimiento se logra por inmersión de la pieza en un líquido apropiado a alta temperatura, provocando una reacción química que modifica la superficie.

Ensayos Metalográficos: Micrografía y Macrografía

Ensayo Micrográfico

En este ensayo, la superficie de la muestra (probeta) se prepara meticulosamente. Primero, se pule con papel de esmeril de granulometría decreciente y luego se ataca con un reactivo químico para revelar su estructura. La probeta se observa a través de un microscopio metalográfico, lo que permite:

• Determinar el contenido de carbono.
• Identificar los componentes microestructurales.
• Detectar posibles defectos de fabricación.

Finalmente, se obtienen fotografías (micrografías) de la estructura observada.

Ensayo Macrográfico

Es similar al ensayo micrográfico, pero la observación se realiza a bajos aumentos, típicamente con una lupa de hasta 10 aumentos (10x), sin necesidad de un microscopio. Este ensayo permite verificar:

• El tipo de tratamiento térmico aplicado.
• La existencia de grietas, porosidades y otras discontinuidades macroscópicas.

El reactivo utilizado suele ser más agresivo, como una solución de ácido clorhídrico al 50%. Tras el ataque químico y el lavado, la probeta se seca con aire caliente y se puede proteger con parafina hasta la obtención de la fotografía (macrografía).

Ensayos No Destructivos (END)

Un ensayo no destructivo (END o NDT por sus siglas en inglés) es una prueba realizada a un material que no altera de forma permanente sus propiedades físicas, químicas, mecánicas o dimensionales. Aunque sus resultados pueden ser menos cuantitativos que los de los ensayos destructivos, son fundamentales en el control de calidad y mantenimiento, además de ser, por lo general, más económicos.

Los END se pueden clasificar según su objetivo:

• Defectología: Permiten detectar discontinuidades, deterioros o corrosión (grietas, poros, inclusiones).
• Caracterización: Sirven para evaluar las características microestructurales o mecánicas del material.
• Metrología: Se utilizan para el control dimensional, como la medición de espesores.

Ejemplos de Métodos de Ensayos No Destructivos

Existen diversas técnicas de END, entre las que destacan:

1. Inspección visual y óptica.
2. Radiografía industrial (utilizando Rayos X y Rayos Gamma).
3. Ultrasonidos.
4. Termografía infrarroja.
5. Partículas magnéticas.
6. Microondas.
7. Emisión acústica.