Materiales Fatiga

MATERIALES II FATIGA

Una de las causas más comunes de falla de los materiales en Aeronáutica se debe a la Fatiga del material. Los materiales sometidos a cargas fluctuantes o repetidas tienden a desarrollar un comportamiento característico que difiere fundamentalmente del comportamiento bajo cargas constantes. Este “comportamiento diferente” se llama Fatiga. Llamaremos fatiga al “fenómeno queafecta la resistencia de las piezas cuando se las somete a un número más o menos grande de solicitaciones repetidas de una cierta amplitud”. La idea clave es que la solicitación (carga o deformación) debe variar en el tiempo para obtener fatiga como posible causa de falla. Podemos definir a la fatiga de los materiales como el “deterioro que se desarrolla bajo la acción de ciclos repetidos de cargao deformación de cierta amplitud, en una determinada pieza”; este deterioro se manifiesta en fisuración y eventualmente rotura. Si bien la Fatiga se desarrolla en todos los materiales (incluyendo metales, plástico, gomas, hormigón, etc.), nuestro estudio se concentrará en metales, tales como aceros o aleaciones livianas (aunque se está haciendo cada vez más necesario conocer el comportamiento deplásticos y compuestos en fatiga pues el diseño aeronáutico recurre cada vez más a este tipo materiales). No obstante, los mecanismos involucrados en la producción de fatiga pueden diferir en los diversos materiales. La fuente principal de Fatiga son las inhomogeneidades de los materiales. Todos los materiales, aún los cristales más perfectos, están llenos de imperfecciones de muchos tipos, demodo tal que ningún material puede ser considerado perfectamente homogéneo. Bajo cargas repetidas el efecto de las inhomogeneidades se ve enfatizado. Es sabido que un material sometido a tensiones repetidas o fluctuantes fallará a una tensión mucho más baja que la necesaria para producir la fractura con una sola aplicación de carga. Esto se debe a la Fatiga, que se produce principalmente tresefectos: pérdida de resistencia, pérdida de ductilidad, y aumento en la incertidumbre en cuanto a la resistencia y a la duración (vida en servicio) del material. La acción de la Fatiga se puede observar en diferentes piezas, pero sobre todo en partes móviles como ser: componentes de máquinas rotativas (están sujetos a tensiones alternas); resortes (son deformados en cantidades variables); alas deaeronaves (están sometidas a cargas repetidas de ráfagas); neumáticos (son deformados repetidamente con cada revolución de la rueda); etc., y afecta desde juguetes para niños hasta el transbordador especial. Se ha prestado poca atención al efecto de la Fatiga sobre materiales frágiles ya que estos, aún bajo cargas constantes, presentan daños similares al de fatiga (por efecto de inhomogeneidades). LasNormas ASTM definen a la fatiga como: “Término general usado para describir el comportamiento de materiales sometidos a ciclos repetidos de tensión o deformación que ocasiona un deterioro del material que ocasiona una fractura progresiva”. Las fracturas que resultan de la fatiga están entre las más difíciles de prever debido a la dificultad de reconocer las condiciones que las producen. La fatigapuede ocurrir a tensiones dentro del rango elástico; a veces ocurre bajo cargas intermitentes que a primera vista no parecen haberse repetido un número suficiente de veces como para causar fatiga. Debemos recordar que la fatiga de materiales es primariamente un efecto de la repetición de solicitaciones y no un efecto del tiempo (como el creep); recordemos también que la fatiga no es un efectodinámico: la tasa de aplicación de carga no es comúnmente un factor en la fatiga. Si sucediera que la carga se aplica tan rápido como para producir un efecto dinámico, este efecto es separado y distinto del efecto de repetición de la carga.
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Manifestación y Proceso de Falla:
Un material sometido a tensiones repetidas o fluctuantes fallará a una tensión mucho más...