Fatiga A La Tensión

Objetivo:

Determinar por medio de este ensayo las propiedades y características que ocurren durante la aplicación de cargas cíclicas como son:

* Las causas más comunes por las que se dan las fallas por fatiga

* Los tipos de fractura que ocurren en las fallas por fatiga

* La fuerza máxima, media y mínima que ocurre durante el proceso del ensayo de fatiga

Consideraciones teóricas:

Norma internacional por la que se rige el ensayo de fatiga a la tensión: ASTM E466-82

A menudo un componente está sujeto a la aplicación cíclica de un esfuerzo inferior al esfuerzo de cedencia del material. Este esfuerzo cíclico puede ocurrir como resultado de rotación, flexión o vibración. Aun cuando el esfuerzo esté por debajo del límite elástico, el material puede fallar después de numerosas aplicaciones de dicho esfuerzo. Este tipo de falla se conoce como fatiga.

Las fallas por fatiga usualmente ocurren en tres etapas: primero, se inicia una grieta minúscula, sobre la superficie, generalmente tiempo después de haberse aplicado la carga. A continuación, la grieta se propaga gradualmente, conforme la carga sigue en su alternancia. Finalmente, cuando la sección transversal restante del material resulta demasiado pequeña para soportar la carga aplicada, ocurre la fractura súbita del material.

Un método común para medir la resistencia a la fatiga de un material es el ensayo de la viga en voladizo rotatoria. Uno de los extremos de la probeta cilíndrica maquinada se sujeta al eje de un motor. En el extremo opuesto se suspende un peso. Inicialmente la probeta tiene una fuerza de tensión actuando sobre la superficie superior, en tanto que la superficie inferior está sometida a compresión. Cuando la probeta gira 90°, los puntos que originalmente estaban bajo tensión y compresión no están sujetos a esfuerzo alguno. Después de una media revolución de 180°, el material originalmente bajo tensión está ahora bajo compresión. Por lo que el esfuerzo en cualquier punto pasa a través de un ciclo senoidal completo desde un esfuerzo máximo a la tensión, hasta un esfuerzo máximo a la compresión. El esfuerzo máximo que actúa en este tipo de probeta está dado por :

Después de un número suficiente de ciclos, la probeta puede fallar. Generalmente se prueba una serie de muestras a diferentes esfuerzos. Los resultados se presentan graficando el esfuerzo en función del número de ciclos para la falla.

El ensayo de fatiga dice el tiempo o número de ciclos que resistirá una pieza, o la carga máxima permisible que se puede aplicar para prevenir la falla del componente.

El esfuerzo límite por fatiga, definido como el esfuerzo por debajo del cual existe una probabilidad del 50% de que ocurriría falla por fatiga, es el criterio, es el criterio de diseño preferido.

La vida a fatiga indica cuánto resiste un componente a un esfuerzo en particular. La resistencia a la fatiga es el esfuerzo máximo con el cual no ocurrirá fatiga en un número particular de ciclos. La resistencia a la fatiga es necesaria al diseñar con materiales de aluminio y los polímeros, ya que estos no tienen un esfuerzo límite para fatiga.

En algunos materiales, incluyendo los aceros, el esfuerzo límite para la falla por fatiga es aproximadamente la mitad de su resistencia a la tensión. La relación se conoce como relación de fatiga:

Relación de fatiga= esfuerzo límite por fatiga/resistencia a la tensión

La relación de fatiga permite estimar propiedades a fatiga a partir del ensayo de tensión.

La mayor parte de los materiales son sensibles a las muescas, siendo las propiedades a la fatiga particularmente sensibles a defectos en la superficie. Los defectos de diseño o de fabricación concentran los esfuerzos, reduciendo el esfuerzo límite por fatiga y la resistencia y vida a fatiga. Algunas veces la superficie del material debe pulirse finamente para minimizar la posibilidad de falla por fatiga.

Partes de la maquina universal de trabajos mecánicos

* Mordazas superior e inferior

* Grip de fijación

* Marco de cargas

* Panel de control

* Consola para control de mandos

* Consola de mando

* Unidad de potencia hidráulica

tolerancias +-0.1mm

Desarrollo:

Para llevar a cabo el ensayo de fatiga a la tensión se tendrá que:

a) Se encenderá la maquina universal de trabajos mecánicos, se verificará que la carga inicial de la misma se encuentre en ceros (en dado caso que se encuentre con diferente valor se restablecerá a cero) y se alinearán las mordazas.

b) La maquina universal de trabajos mecánicos está compuesta por dos mordazas, una en la parte superior y la otra en su parte inferior, la superior es una mordaza inmóvil mientras que la otra se traslada de arriba hacia abajo o viceversa. Para colocar las probetas se deberá mover la mordaza inferior en dirección descendente con la consola de control de mordazas; se insertará la probeta en el grip de fijación de la mordaza superior, se indicará la presión que la mordaza ejercerá a la probeta para que está la sostenga.

c) Posteriormente se elevará la mordaza inferior con la consola de control de mordazas para fijar la mordaza a la probeta pero ahora de su parte inferior, se indicará la presión con la que la mordaza inferior sostendrá a la probeta. (3000 PSI para ambas mordazas)

d) Se ingresará en la consola de mando los datos de diámetro de la probeta y la longitud calibrada

e) Se configurará a la máquina para que realice los movimientos cíclicos con la carga y frecuencia determinada.

Cálculos y resultados:

1) Indicar y explicar las causas más comunes por las cuales se dan las fallas a la fatiga:

Diseño:

* El diseño tiene una influencia grande en la rotura de fatiga. Cualquier discontinuidad geométrica actúa como concentradora de tensiones y es por donde puede nuclear la grieta de fatiga. Cuanto más aguda es la discontinuidad, más severa es la concentración de tensiones.

La probabilidad de rotura por fatiga puede ser reducida evitando estas irregularidades estructurales, o sea, realizando modificaciones en el diseño, eliminando cambios bruscos en el contorno que conduzcan a cantos vivos, por ejemplo, exigiendo superficies redondeadas con radios de curvatura grandes.

Tratamientos superficiales:

* En las operaciones de mecanizado, se producen pequeñas rayas y surcos en la superficie de la pieza por acción del corte. Estas marcas limitan la vida a fatiga pues son pequeñas grietas las cuales son mucho más fáciles de aumentar. Mejorando el acabado superficial mediante pulido aumenta la vida a fatiga.

Uno de los métodos

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