Este documento presenta un programa de estudio sobre fallas por fatiga. Explica que la fatiga ocurre cuando piezas sometidas a cargas cíclicas variables terminan fracturándose después de cierto número de ciclos. Describe los procesos de iniciación y propagación de grietas por fatiga y presenta varios ejemplos de fallas por fatiga en elementos mecánicos como árboles, pernos y émbolos. También define los regímenes de fatiga de bajo y alto ciclaje y menciona factores que afectan la resistencia

1. PROGRAMA DE ASIGNATURA
Análisis de fallas - Código: MCMS01
90 Horas Académicas
Fallas por fatiga
Área Académica: Mecánica
Ruta: Ingeniería Mecánica en Mantenimiento Industrial
Otoño 2022

2. Definición de la Fatiga
La fatiga sucede cuando estando activo el proceso de falla de
cargas variables cíclicas en una pieza de máquina, termina en
su fractura, después de cierto número de repeticiones (ciclos)
de carga.
Ejemplo: alambre flexionado en dos sentidos
Muchos elementos están sometidos a cargas variables:
 Árboles de transmisión de potencia
 Cigüeñales
 Bielas
 Resortes
 Estructuras de puentes
 Pernos
 Cables

3. Esfuerzos Variables en árboles
En particular los elementos rotativos están generalmente
sometidos a esfuerzos variables
Eje giratorio sometido a
flexión
Cualquier punto en la periferia
soporta un esfuerzo que varía
desde el máximo hasta el
mínimo y viceversa
Variación sinusoidal del esfuerzo en
cualquier punto de la sección; en
los puntos de la periferia se da la
mayor amplitud

4. Ensayo de Fatiga Wohler
Wöhler hizo pruebas de flexión giratoria

5. Etapas de la Fatiga
1 Iniciación de grietas
Deformación plástica generando microgrietas (usualmente
cerca a alguna discontinuidad)
(El proceso comienza con movimiento de dislocaciones,
formando finalmente bandas de deslizamiento
persistentes que producen pequeñas grietas)
2 Crecimiento o propagación de grietas
Estriaciones y marcas de playa (Crecimiento de grieta de
etapa II)
3 Fractura repentina de tipo frágil
Fractura de fatiga de un árbol de acero AISI
4320. La falla por fatiga inició en el extremo del
chavetero en los puntos B y progresó hasta la
fractura final en C. La fractura final es pequeña,
indicando que las cargas eran pequeñas

6. Ejemplo 1 de Falla por Fatiga
Fractura de una manivela de aluminio
Zona oscura: crecimiento lento de grieta
Zona brillante: fractura súbita

7. Ejemplo 2 de Falla por Fatiga
Falla por fatiga de un perno debida a flexión
unidireccional repetida.
La falla se inició en el fondo de la rosca en A,
se propagó a través de más de la mitad de la
sección transversal en B (ver marcas de
playa), antes de la fractura súbita final en C.

8. Ejemplo 3 de Falla por Fatiga
Superficie de fractura por fatiga de un
émbolo de acero de 200 mm de diámetro
de un martillo de forja.
Este es un ejemplo de falla por fatiga
causada por tracción pura donde no hay
concentración de esfuerzos en la superficie
y una grieta se puede iniciar en cualquier
parte de la sección transversal.
En este caso, la grieta inicial se formó en
una “escama”, creció simétricamente hacia
afuera y finalmente produjo la fractura
frágil sin aviso.

9. Ejemplo 4 de Falla por Fatiga
Superficie de fractura por fatiga de
un pin de acero AISI 8640.
Las esquinas agudas de los agujeros
Para lubricación desalineados
suministraron la concentración de
esfuerzos que iniciaron dos grietas
de fatiga (indicadas por las flechas)

10. Regímenes de Fatiga (Nc ciclos/(minuto)
Fatiga de bajo ciclaje (Low Cycle Fatigue: LCF)
Nc < 103
Ejemplo: cargas pico que ocurren muy pocas veces
Fatiga de alto ciclaje (High Cycle Fatigue: HCF)
Nc > 103
Ejemplo: elementos rotativos como árboles y cigüeñales, bielas y resortes.

11. Factores que inciden en la resistencia a la fatiga
 Estado superficial
 Tamaño
 Temperatura
 Medio circundante
 Esfuerzos residuales
 Tratamientos superficiales

12. Preguntas