Explicación de la relevancia de fatiga mecánica

1. Equipo 6
Fatiga
Carrasco Villegas Luis Fernando
González Cota Pablo Joaquín
Higuera Gonzales Jesús Abel
Ruiz Soto Adolfo Uriel
Rubio Chavez Sergio Ivan
03 de marzo del 2016

2. Objetivo
 Definir que es la fatiga, describir la prueba de fatiga y explicar
la naturaleza de la resistencia a la fatiga.

3. Introducción
 En esta presentación se mostrara la propiedad mecánica de los materiales
llamada la fatiga la cual, es un fenómeno reconocido desde los principios
del siglo XIX estructuras mecánicas y mecanismos a gran escala.
 La fractura aparentemente frágil de las piezas que fallaban por fatiga, en
aquel tiempo se interpreto como una cristalización del metal durante el
uso que lo volvía frágil como el vidrio y hacia que fracturara bajo cargas o
impactos súbitos.
 Gracias a Wholer (1860), se supo que la fatiga no alteraba las propiedades
del material, sino que era un proceso de agrietamiento paulatino
producido por la acción de cargas repetitivas, introduciendo formalmente
el concepto de la fatiga

4. Fatiga
 La fatiga es un proceso de agrietamiento progresivo que
culmina en la fractura de un material sujeto a cargas
repetitivas o fluctuantes, cuyo valor máximo es menor a la
resistencia a la tensión. Las fracturas por fatiga inician como
grietas que crecen bajo la acción de esfuerzos fluctuantes
hasta que alcanzan su tamaño critico y sobreviene la fractura
final.

5.  La fatiga, en sus etapas inicial e intermedia, no produce cambios aparentes en la
geometría ni en la microestructura del material y las grietas producidas son muy
finas, lo que la hace muy difícil de detectar anticipadamente, de ahí su
peligrosidad. Se estima que mas del 50% de las fallas en componentes mecánicos
se deben a la fatiga.

6. Tres condiciones para que ocurra la fatiga
 1. un esfuerzo de tensión, suficientemente alto pero menor que la resistencia
ultima del material.
 2. una variación o fluctuación del esfuerzo mayor a un valor dado llamado limite de
fatiga.
 3. Un numero suficiente de ciclos de carga.

7. Lo importante en la fatiga no es tanto si esta ocurrirá
o no, sino en cuanto tiempo o numero de ciclos se
presentara y si ese tiempo o numero de ciclos es
mayor que la vida esperada de servicio del
componente.
lo anterior hace que la fatiga sea evaluada en
términos del tiempo o números de ciclos que tarda en
ocurrir la fractura final, definiendo esa cantidad como
la vida de la fatiga. Así, en ciertos casos, es probable
que la fatiga ocurra después de algún tiempo, pero si
la vida en fatiga es mayor que la vida esperada,
entonces lo mas probable es que el componente falle
por algún otro mecanismo antes que por la fatiga.

8. Etapas de la fatiga

9. Etapa 1
 Nucleación de grietas. También es
llamada etapa de daño interno y se
presenta en ausencia de concentradores
de esfuerzos. En esta etapa la
deformación cíclica produce una
alteración de la subestructura de
dislocaciones que conduce a la
formación de discontinuidades
geométricas. Que posteriormente se
desarrollaran grietas.

10. Etapa 2
 Propagación de grietas. Para la mayoría
de los casos reales, la fatiga transcurre
como la propagación de una grieta
estable en el material, ya sea por la
presencia de concentradores de
esfuerzos o porque la nucleación de
grietas es acelerada por algún medio.

11. Etapa 3
 Fractura final, cuando la grieta esta
próxima a alcanzar su tamaño critico, la
fractura comienza a ocurrir por una
combinación de fatiga y formas de
fractura estática, como la fractura por
clivaje o por coalescencia del material y
con una gran influencia de la
microestructura del estado de esfuerzos.

12.  Las grietas por fatiga se inician en la
superficie del material por lo que debe
evitarse en lo posible ralladuras y arañazos
en las superficies de buen acabado

13. Factores principales que influyen en la
fatiga
 Concentración de esfuerzos
 Estado de esfuerzos y deformaciones
 Tamaño
 Microestructura
 Propiedades mecánicas
 Temperatura
 Ambiente
 Acabado superficial
 Etc.

14. Tipos de fatigas
fatiga térmica y fatiga con corrosión.

15. Fatiga térmica
La fatiga térmica se induce normalmente a temperaturas elevadas debido a
tensiones térmicas fluctuantes; no es necesario que estén presentes tensiones
mecánicas de origen externo. La causa de estas tensiones térmicas es la
restricción a la dilatación y o contracción que normalmente ocurren en piezas
estructurales sometidas a variaciones de temperatura. La magnitud de la
tensión térmica resultante debido a un cambio de temperatura depende del
coeficiente de dilatación térmica y del módulo de elasticidad. Se rige por la
siguiente expresión:

16. Fatiga estática (corrosión-
fatiga)
La fatiga con corrosión ocurre por acción de una tensión cíclica
y ataque químico simultáneo. Lógicamente los medios
corrosivos tienen una influencia negativa y reducen la vida a
fatiga, incluso la atmósfera normal afecta a algunos materiales.
A consecuencia pueden producirse pequeñas fisuras o
picaduras que se comportarán como concentradoras de
tensiones originando grietas. La de propagación también
aumenta en el medio corrosivo puesto que el medio corrosivo
también corroerá el interior de la grieta produciendo nuevos
concentradores de tensión.

18. Ensayo de fatiga
El ensayo de fatiga más universal, por la sencillez de la máquina de ensayo,
es el de flexión rotativa, Consiste en un motor que arrastra un eje giratorio,
sobre el que se monta una probeta que queda en voladizo. Sobre este
extremo volado, gravita una carga P, la que se mantiene sin giro por el
rodamiento que las liga.

19. La máquina para ensayos de fatiga debe permitir
el control y registro de los parámetros de ensayo,
siguientes:
Cargas aplicadas, F.
Contador de vuelta de la probeta, n.
Velocidad angular, rpm.

20. Un procedimiento de ensayo de fatiga típico sería el siguiente:
a)
Elaborar probetas cilíndricas de acero AE 275 para ensayos de fatiga de flexión
rotativa, según norma UNE 7118.
b)
Calcular la carga Fi que induce tensiones axiales si en la generatriz de la probeta en su
sección de empotramiento, S, del orden de x% del límite elástico Le. Considerar el
valor obtenido en el ensayo de tracción.
c)
Someter la probeta a tensiones si, mediante la carga Fi, controlando, mediante
paradas secuenciales, la iniciación de la grieta de fatiga. Registrar los ciclos ngi que
determinan la iniciación de esta grieta.
d)
Proseguir el ensayo registrando, mediante paradas secuenciales, el tamaño de la
grieta y el número de ciclos nci transcurridos hasta la aparición de la fractura total.
e)
Observar las fracturas de fatiga.
f)
Realizar esta secuencia para las cargas Fi que inducen tensiones de 30, 40, 50, 60 y
80% del límite elástico, Le.

21. Prueba de fatiga

22. Limite de fatiga(F.S.), limite de tensión(T.S.)

23.  Los datos indican que mientras el material puede resistir un esfuerzo de 800MPa
(T.S.) en una sola carga (N=1), se fracturara despues de 10,000 aplicaciones
de un esfuerzo de menos de 600MPa.
 La Resistencia a la fatiga casi siempre cae a un cuarto de la resitencia a la
tension.
 Cuando el numero de ciclos llega a N=10^8 se toma a N como infinito.

24. Componentes estructurales candidatos a la
fatiga
 Partes estructurales de aviones
 Partes de suspensión, dirección y frenos de vehículos terrestres.
 Toda clase de motores.
 Pistones y prensas hidráulicas.
 Estructuras de puentes y edificios.
 Partes de maquinaria.
 Gruas, elevadores, y equipos de movimiento de materiales.
 bombas-.
 Trubinas.
 Tuberias.
 Etc.

25. Ejemplos y razones donde se presenta la
fatiga

27. conclusión
 Con esta investigación aprendimos que conocer el limite de
fatiga de los materiales nos ayudara a diseñar diferentes
elementos con mayor precisión y exactitud, que son
indispensables a la hora de construir cualquier estructura,
mecanismo o cualquier elemento que se pudiera diseñar.

28. Bibliografía
 Metalurgia mecánica, José Luis Gonzales. Fatiga. Pág.182-
190. editorial: limosa noriega editores, México.