Fundamentos y Factores Clave de la Fatiga en Materiales Tecnológicos

Conceptos Fundamentales de la Fatiga de Materiales

5.4. ¿De qué depende el límite de fatiga de un material?

La fatiga depende de la tensión media. Si la diferencia entre la tensión máxima y mínima es inferior a este valor medio, la rotura no se produce.

5.5. ¿Por qué puede originarse este fenómeno?

La fatiga puede aparecer en cualquier material tecnológico sujeto a tensiones cíclicas, que pueden ser tanto mecánicas (debido a cargas exteriores repetitivas) como térmicas (resultado de un calentamiento y enfriamiento alternativo).

5.6. ¿Cómo pueden ser las tensiones cíclicas?

Pueden ser de dos tipos: alternativas u oscilantes.

5.7. Definición de conceptos clave

1. Ciclo: Una parte simple de la curva que se repite periódicamente.
2. Rango de tensiones: La diferencia entre la tensión máxima y mínima.
3. Amplitud de tensión: Es la mitad del rango de tensiones.
4. Tensión media o estática: Es la semisuma entre la tensión máxima y mínima.

Cuantificación, Ensayos y Límite de Resistencia

5.8. ¿Qué es la vida a fatiga de un material y dónde está el límite entre ciclo alto y bajo?

Es el número total de ciclos de tensiones necesarios para producir el fallo. Encontramos:

• Fatiga de ciclo alto (HCF): Asociada a tensiones bajas y un número muy elevado de ciclos.
• Fatiga de ciclo bajo (LCF): Asociada a tensiones altas y un número menor de ciclos.

5.9. Ensayos para determinar la vida a fatiga de un material

Los ensayos que se pueden realizar incluyen:

• Ensayo de tracción-compresión con esfuerzo axial.
• Ensayo de flexión rotativa.
• Ensayo de flexión plana.
• Ensayo de torsión.

5.10. ¿Qué representa la curva S-N?

La curva S-N representa en el eje Y las tensiones alternativas, y en el eje X el número de ciclos totales hasta la rotura. Estas curvas son muy útiles para estudiar la vida de fatiga de un material.

5.11. ¿Qué es el límite de fatiga?

Se define como la tensión por debajo de la cual el material resistirá un número de ciclos superior a un valor límite (típicamente $10^7$ ciclos) sin romperse.

Factores que Afectan la Vida de Fatiga y Predicción

5.12. Factores que afectan a la vida de fatiga

Los principales factores son:

• Factores mecánicos.
• Factores microestructurales.
• Factores medioambientales.

5.13. Factores mecánicos y su impacto

A continuación, se explica cómo afecta cada factor mecánico:

• Tensiones medias: Si la tensión media es más alta, se obtiene una reducción en la vida de fatiga del material; es decir, el material se romperá con menos ciclos.
• Concentración de tensiones: Tiende a reducir la vida de fatiga, ya que cualquier discontinuidad o muesca origina una concentración de tensiones.
• Efecto de superficie: Las tensiones máximas tienden a presentarse en la superficie del material. Por lo tanto, la vida de fatiga dependerá mucho de cómo sea la superficie, por lo que habrá que tener en cuenta el acabado superficial.

5.14. Factores medioambientales

Los factores medioambientales incluyen:

• Efectos térmicos.
• Fatiga por contacto.
• Fatiga por corrosión.

5.15. Factores microestructurales

Los factores microestructurales son:

• Tamaño del grano.
• Partículas de segunda fase.
• Orientación microestructural.

5.16. ¿Cómo se puede predecir la vida segura?

La vida segura se puede predecir mediante una integral, que será calculada utilizando métodos de cálculo numérico o con ordenador.