Fatiga

CARACTERIZACIÓN DE LAS PROPIEDADES MECÁNICAS DEL ALUMINIO 7075-T651

3. LA FATIGA
La fatiga es un proceso de degeneración de un material sometido a cargas cíclicas de valores por debajo de aquellos que serían capaces de provocar su rotura mediante tracción. Durante dicho proceso se genera una grieta que, si se dan las condiciones adecuadas crecerá hasta producir la rotura de la pieza alaplicar un número de ciclos suficientes. El número de ciclos necesarios dependerá de varios factores como la carga aplicada, presencia de entallas… Si bien no se ha encontrado una respuesta que explique totalmente la fatiga se puede aceptar que la fractura por fatiga se debe a deformaciones plásticas de la estructura de forma similar a como ocurre en deformaciones monodireccionales producidas por cargasestáticas, con la diferencia fundamental de que bajo cargas cíclicas se generan deformaciones residuales en algunos cristales. Incluso bajo cargas pequeñas pueden aparecer estas bandas de deslizamiento, aumentando con el número de ciclos llegando a provocar la aparición de una fisura. Este proceso inicial, que se puede denominar nucleación, se da preferentemente en granos próximos a la superficieproduciendo los efectos de intrusión y extrusión, facilitando la existencia de la intrusión la propagación de la grieta debido a la tracción. También puede iniciarse el proceso en puntos que presenten algún tipo de irregularidad como inclusiones, discontinuidades superficiales, etc. La siguiente fase es la de crecimiento de grieta que puede dividirse a su vez en dos fases. La primera fase suponeel crecimiento de una grieta corta en pequeñas distancias del tamaño de pocos. En esta fase, dado que el tamaño de la grieta es comparable al de los elementos característicos de la microestructura del material, dicha microestructura (tamaño de grano, orientación de los mismos…) afecta en gran medida al crecimiento de la grieta. La segunda fase consiste en un crecimiento de la grieta normal alplano principal de tensiones. En este caso de grietas más largas la microestructura del material afecta en menor medida al crecimiento de la grieta dado que la zona de plastificación creada por el propio crecimiento de la grieta es mucho mayor que las dimensiones características de la microestructura.

JOSÉ MANUEL ESCACENA VENTURA

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Fig. 3-1. Bandas de deslizamiento y fases de crecimiento de una grieta.

La nucleación junto con la fase I suele denominarse proceso de iniciación de la grieta, denominándose a la fase II propagación de la grieta. En la siguiente imagen pueden observarse claramente ambos procesos así como la superficie de la rotura final por tracción.

Fig. 3-2. Superficie de rotura por fatiga.No es posible poner un límite claro entre las longitudes de grieta de iniciación y propagación ya que éstas dependerán de cómo se definan. Para fatiga a alto número de ciclos (por encima de los 10.000) la mayor parte de la vida del material corresponde al proceso de iniciación. Por el contrario, para fatiga a bajo número de ciclos (por debajo de 10.000), la mayor parte de la vida del materialtranscurre durante el proceso de crecimiento.

JOSÉ MANUEL ESCACENA VENTURA

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En procesos de daño por fatiga bajo esfuerzos axiales o de flexión pueden aparecer unas marcas en la superficie de rotura de forma más o menos circular y centradas en el punto de inicio de la grieta delimitando claramente varias zonas. Cadauna de estas marcas indica el punto en que finaliza un proceso de carga y se inicia el siguiente. Además, dentro de estas zonas aparecen otras marcas menos acentuadas que corresponden a cada uno de los ciclos de carga. El daño por fatiga dependerá tanto del número de ciclos de carga comprendido en cada uno de estos procesos de carga así como de la tensión aplicada. Existen procedimientos para...