1. FACTORES QUE MODIFICAN EL LÍMITE DE RESISTENCIA
A LA FATIGA
Se ha visto que la muestra para el ensayo en máquina rotativa en el laboratorio
para determinar los límites de resistencia a la fatiga se prepara con mucho cuid
ado y se ensaya bajo condiciones muy controladas. No es posible esperar que
el límite de resistencia a la fatiga de un elemento mecánico o estructural igual
e los valores que se obtuvieron en el laboratorio. Algunas diferencias incluyen
• Material: composición, base de falla, variabilidad.
• Manufactura: método, tratamiento térmico, corrosión superficial por frotamiento,
acabado superficial, concentración de esfuerzo.
• Entorno: corrosión, temperatura, estado de esfuerzos, tiempos de relajación.
• Diseño: tamaño, forma, vida, estado de esfuerzos, concentración de esfuerzo, vel
ocidad, rozamiento, excoriación.
2. Ecuación de Joseph Marín (1962)
Marín identificó factores que cuantifican los efectos de la condición superficial,
el tamaño, la carga, la temperatura y varios otros puntos. La cuestión respecto
de ajustar el límite de resistencia a la fatiga por medio de correcciones sustracti
vas o multiplicativas se resolvió mediante un extenso análisis estadístico del ace
ro 4340 (horno eléctrico, calidad de aeronave)
donde
Ka=factor de modificación por la condición superficial
Kb=factor de modificación por el tamaño
kc=factor de modificación por la carga
Kd=factor de modificación por la temperatura
Ke=factor de confiabilidad
Kf=factor de modificación por efectos varios
S´e=límite de resistencia a la fatiga en viga rotatoria
Se=límite de resistencia a la fatiga en la ubicación critica de una parte de máquina
en la geometría y condición de uso.
3. Factor de superficie ka
La superficie de una muestra de viga rotativa está muy pulida y además se le da
un pulido final en la dirección axial para eliminar cualquier rayadura circunferencial.
El factor de modificación depende de la calidad del acabado de la superficie de la
parte y de la resistencia a la tensión. A fin de determinar expresiones cuantitativas
para acabados comunes de parte de máquinas (esmerilada, maquinada o estirada
en frío, laminada en caliente y forjada).
Los datos pueden representarse mediante
donde 𝑆𝑢𝑡es la resistencia mínima a la tensión y los valores de a y b se encuentran
en la tabla
9. • Este factor depende de la temperatura de operación de los elementos mecánicos, ya que cuando esta
temperatura es menor que la del ambiente, la fractura por fragilidad es una posibilidad latente; y cuando la
temperatura es mayor debemos investigar la fluencia del material debido a que esta disminuye con la
temperatura.
• Cualquier esfuerzo inducirá flujo plástico en un material que opera a temperaturas elevadas, por lo que también
se sugiere considerar este factor.
• Cuando se toma en cuenta la temperatura surgen dos tipos de problemas. Si se conoce el límite de la resisten
cia a la fatiga de una viga rotativa a temperatura ambiente, entonces se emplea
• Por último, puede ser cierto que no existe límite a la fatiga en el caso de materiales que operan a temperatura
s elevadas. Debido a la resistencia a la fatiga reducida, el proceso de falla depende, hasta cierto punto, del tie
mpo
• Si se conoce el límite de resistencia a la fatiga de una viga rotatoria a la temperatura ambiente del lugar de tra
bajo, entonces úsese la siguiente expresión:
Factor de temperatura kd
10. La siguiente tabla nos da algunos valores de d k para diferentes temper
aturas:
Si no se conoce la temperatura del lugar de trabajo use: 1
Factores de temperatura
11. El análisis que se presenta aquí es aplicable a la dispersión de datos como la que se muestra en la
figura donde el límite medio de resistencia a la fatiga es S’e/Sut=0.5
Gráfica de límites de resistencia a la fatiga contra
resistencias a la tensión de resultados de ensayos
reales de un gran número de hierros forjados y a
ceros aleados. Las relaciones de Se/Sut de 0.60, 0
.50 y 0.40 se indican por líneas continuas y disco
ntinuas. También, observe que la línea discontinu
a horizontal de Se 105 kpsi. Los puntos que se p
resentan y que tienen una resistencia a la tensión
mayor que 210 kpsi presentan un límite medio d
e resistencia a la fatiga de Se 105 kpsi y una des
viación estándar de 13.5 kpsi. (Cotejada de datos
compilados por H.J. Grover, S.A. Gordon y L.R. Jac
kson en Fatigue of Metals and Structures, Bureau
of Naval Weapons Document NAVWEPS 00-25-53
4, 1960; y de Fatigue Design Handbook, SAE, 196
8, p. 42.)
Factor de confiabilidad ke
12. O como lo da la ecuación.
La mayoría de los datos de resistencia a la fatiga se reportan como valores medios. Los da
tos que presentaron Haugen y Wirching muestran desviaciones estándar de la resistencia a
la fatiga de menos de 8 por ciento. Por lo tanto, el factor de modificación de la confiabilid
ad aplicable para esto puede escribirse como
13. En la siguiente tabla se proporcionan los factores de confiabilidad de algunas confiabilidades e
stándar especificadas.
14. Factor de efectos varios kf
Corrosión
Es de esperar que las partes que operan en una atmósfera corrosiva tengan una menor
resistencia a la fatiga. Esto significa que al paso del tiempo cualquier parte fallará cuando se someta
a esfuerzos repetidos en una atmósfera corrosiva. No existe límite de fatiga.
Por consiguiente, el problema del diseñador se reduce a tratar de minimizar los factores que afectan l
a vida a la fatiga, a saber:
• Esfuerzo medio o estático
• Esfuerzo alternante
• Concentración del electrolito
• Oxígeno disuelto en el electrolito
• Propiedades y composición del material
• Temperatura
• Frecuencia cíclica
• Rapidez del movimiento del fluido alrededor de la pieza
• Hendiduras locales
15. Recubrimiento electrolítico
Los recubrimientos metálicos, como los que se hacen con cromo, níquel o cadmio,
reducen el límite de resistencia a la fatiga hasta en 50 por ciento. En algunos casos, la reducci
ón
debida a recubrimientos es tan severa que se necesita eliminar el proceso de recubrimiento.
Metalizado por aspersión
El metalizado por aspersión provoca imperfecciones superficiales que pueden iniciar grietas.
Ensayos limitados muestran reducciones de 14 por ciento en la resistencia a la fatiga.
Frecuencia cíclica
Si por alguna razón, el proceso de fatiga llega a depender del tiempo, entonces también
dependerá de la frecuencia. Bajo condiciones normales, la falla por fatiga es independiente
de la frecuencia. Pero cuando hay corrosión o temperaturas elevadas, o ambas, la frecuencia
cíclica resulta importante. Entre menor sea la frecuencia y mayor la temperatura, mayor será
la rapidez de propagación de las grietas y menor será la vida a un nivel de esfuerzo dado.
Corrosión por frotamiento
El fenómeno de corrosión por frotamiento es el resultado de movimientos microscópicos de
partes o estructuras de ajuste a presión. Entre éstas se encuentran las uniones atornilladas, los
ajustes de las pistas de cojinetes, las masas de ruedas y cualquier conjunto de partes ajustadas
a presión. El proceso implica decoloración superficial, picaduras y a la larga la fatiga. El
factor de frotamiento kf depende de los materiales a unir y varía de 0.24 a 0.90.
