Falla Por Fatiga


FALLA POR FATIGA

En la ciencia de los materiales la fatiga es el daño estructural progresivo y localizado que se produce en un material bien sea metálico, cerámico, polimérico o compuesto que es sometido a una carga cíclica. El estudio de fatiga es un tema muy importante dentro del área de la ingeniería mecánica pues los elementos de las maquinas son sometidos a esfuerzos que varíancíclicamente en función del tiempo. Algunos análisis de falla muestran que los esfuerzos máximos reales estaban por debajo del esfuerzo de fluencia y se dice que el común denominador de las fallas es que los esfuerzos fluctuaron en el tiempo.
La falla por fatiga comienza con una grieta microscópica que el ojo humano no alcanza a percibir a simple vista e inclusive utilizando métodos más precisos como sonlos rayos X o detección por ultrasonido resulta complicado localizar las micro grietas. Estas grietas se originan en puntos con discontinuidad del material la cual puede ser una dislocación en su estructura cristalina la cual puede ser causada por fallas en el proceso de fabricación, un cambio brusco de sección, un orificio o alguna irregularidad que llegue a surgir cuando esta está siendo maquinadalo cual produce una concentración de esfuerzos, cuando dicha grieta es sometida a esfuerzos estos la hacen crecer llegando a un momento en el cual el área ha disminuido tanto que ya no es capaz de soportar ningún esfuerzo y tiende a romperse.
Etapa de la nucleación o formación de la grieta
Además de los esfuerzos cíclicos que originan la fatiga, existen otros factores que actúan sobre losmateriales y que pueden generan otros tipos de fatiga, por ejemplo, si además del esfuerzo cíclico hay corrosión se trata de un fenómeno conocido como corrosión fatiga, cuya diferencia con respecto a la fatiga por esfuerzo cíclico es que las grietas se propagan más rápidamente y por ende, la fractura se presenta en un periodo de tiempo muy corto. Otra clase de fatiga y que se conoce como fatiga térmica,se presenta cuando los esfuerzos sobre la pieza provienen de dilataciones o contracciones térmicas del material, muy común por ejemplo, en calderas o cualquier tipo de máquina que por su funcionamiento y operación, está sometida constantemente a cambios de temperatura. En cualquier caso, la fatiga presenta tres etapas de evolución, la primera, es el inicio o aparición de la grieta o grietas quese originan sobre las zonas de mayor valor de esfuerzo. Los sitios o secciones de probable iniciación de grietas generalmente son aquellos en donde se identifican fisuras, imperfecciones de maquinado, rugosidades, filetes o dentados, aunque también la presión de cargas cíclicas pueden producir discontinuidades superficiales microscópicas que actúan como concentradores de tensiones e iniciadores defisuras.
Etapa de propagación de la grieta
La siguiente etapa es la propagación de la grieta y puede ocurrir de dos maneras, de forma muy lenta tardando incluso años en notarse y provocar la fractura de la pieza, o a una velocidad de propagación muy alta dependiendo del tipo de material y del esfuerzo al cual está sometido. En términos técnicos, la grieta consiste en una discontinuidad que generapérdida de ductilidad en esa sección de la pieza y por consiguiente, con el paso de los ciclos de carga, produce una micro deformación en el frente de grieta fragilizando dicha zona y favoreciendo así el crecimiento de la grieta, normalmente este crecimiento sigue la dirección del esfuerzo principal en la cabeza de la misma. Finalmente, una vez se alcanza una dimensión crítica de la grieta seproduce la fractura del material.
Es muy difícil conseguir materiales que nunca se fatiguen pero es posible mejorar la resistencia y durabilidad de los materiales que trabajan en condiciones de fatiga, si se aplican los correctivos necesarios en todas y cada una de las etapas o fases de la vida de la pieza, empezando por un diseño que considere factores como su forma y tamaño y una selección del...