Fatiga y Fractura de Materiales: Causas, Tipos y Factores Clave

Fatiga

La fatiga se entiende como la rotura gradual de una pieza provocada por esfuerzos dinámicos, aun cuando estos sean sensiblemente inferiores a los que el material es capaz de soportar de forma estática. La fatiga se inicia cuando pequeñísimas grietas, que escapan a las operaciones habituales de detección, comienzan a crecer hasta alcanzar un tamaño macroscópico, aprovechando la propagación acumulativa durante la tracción actuante en cada ciclo de esfuerzo. Cuando la sección, fuertemente reducida, es ya incapaz de soportar la carga, la pieza se fractura sin aviso previo, aun cuando el esfuerzo aplicado sea muy inferior a la resistencia a tracción del material.

Tipos de Fatiga

Las superficies de las piezas que han roto por fatiga son peculiares y fáciles de reconocer. Tienen un aspecto frágil, parte de la propagación de la grieta (no hay deformación plástica). Hay tres regiones en la superficie de la fractura:

1. Lugares de inicio de la fractura: La concentración local de esfuerzos provoca la nucleación de una minúscula grieta.
2. Área de propagación de la grieta: Esta sección está cubierta con unas marcas, llamadas "marcas de playa", que indican las sucesivas posiciones del frente de avance de la grieta.
3. Zona de fractura final: Una fracción del área de la sección transversal de la pieza estará soportando la carga y normalmente acabará rompiendo por fractura dúctil.

Curvas S-N

Vida frente a Fatiga (Nf)

Número de ciclos que es capaz de soportar el material antes de su fallo.

Resistencia frente a Fatiga (Si)

Esfuerzos que producen la rotura tras un determinado número de ciclos.

Existen dos comportamientos diferentes de los materiales:

• Cuanto mayor es la magnitud del esfuerzo, menor es el número de ciclos que el material es capaz de resistir antes de su rotura.
• Por debajo de un cierto nivel de esfuerzos, denominado límite de fatiga, a efectos prácticos puede considerarse que el material no falla por fatiga.

Principales Factores que Afectan la Resistencia a Fatiga en Metales

1. Rugosidades o irregularidades superficiales
2. Tratamientos térmicos de endurecimiento superficial
3. Medio ambiente (corrosión - fatiga)
   Donde hay + defectos, hay + fatiga, lo que conlleva a una fractura con + rapidez.

Fractura

Fractura Dúctil

En materiales cristalinos, la deformación plástica uniforme terminaba cuando comenzaba a formarse una zona de restricción en la probeta. Zona donde acaba rompiendo.

Fractura Frágil

Materiales que apenas experimentan una deformación plástica uniforme, ni sufren estrangulamiento, sino que pasan, prácticamente de modo directo, de la deformación elástica a la rotura.

La fractura puede ser:

• Materiales metálicos: Cualquiera modalidad
• Materiales cerámicos: Suelen ser frágiles
• Materiales poliméricos: De un tipo o otro dependiendo de la temperatura y de las condiciones de realización del ensayo.