Fatiga de materiales ceramicos

ANALES DE MECANICA DE LA FRACTURA

Vol. 12

(1995)

19

FATIGA DE MATERIALES CERÁMICOS
M. Anglada
Departamento de Ciencia de los Materiales e Ingeniería Metalúrgica
ETS de Ingenieros Industriales de Barcelona, Universidad Politécnica de Cataluña
Avda. Diagonal 647. 08028-Barcelona.

Resumen. En este artículo se revisan los avances recientes en la investigación de la degradación de los
materialescerámicos bajo esfuerzos fluctuantes. En primer lugar, se describen algunas de las técnicas más
utilizadas para la fom1ación de la fisura inicial, ya que a menudo éste es el proceso crítico en la
preparación de las probetas para el análisis experimental de la propagación de fisuras. Se describen
después las principales observaciones realizadas en fatiga así como los mecanismos propuestos para suexplicación que se clasifican en dos tipos distintos: a) mecanismos intrínsecos, los cuales engloban a
mecanismos únicos al modo de carga cíclica; b) mecanismos extrínsecos, los cuales incluyen a todos los
mecanismos que degradan el apantallamiento de la punta de la grieta responsable del aumento de la
tenacidad del material. También se analiza la propagación de fisuras bajo cargas cíclicas decompresión
en probetas entalladas lo cual ha sido atribuído a la defommción inelástica delante de la entalla producida
por microfisuración. Finalmente se analiza la aplicabilidad de los resultados al diseño.
Abstract. This paper presents an overview of the recent advances on the study of the degradation of
ceramic materials under fluctuating loads. Firstly, tl1e main techniques for fue formation offue inicial
crack are described since iliis is usually the critica! step in tl1e preparation of specimens for measuring
crack growth. Then, the main observations of fatigue as well as tl1e main mechanisms proposed in order
to explain the observed behaviour. These are of two different types: a) intrinsic mechanisms which
involve a fracture mode unique to cyclic loading, and b) extrinsics mechanismswhich include processes
which result in degradation of the crack tip shielding mechanism used to toughen the ceramic. The crack
growth from notches under compression-compression loading is also analized and it is associated to tl1e
inelastic deformation of a microcracked zone in front of tl1e notch ti p. Finally, the application of ilie
results of crack growth to mechanical design are discussed.l. INTRODUCCIÓN
En los últimos años se ha puesto de manifiesto que los
materiales cerámicos policristalinos y los materiales
compuestos de matriz cerámica pueden degradarse
cuando son sometidos a cargas fluctuantes. Este
fenómeno es diferente de la degradación que tiene lugar
por interacción con el medio bajo una carga constante
(fatiga estática). Es un efecto relacionado con la carga
y descarga dela grieta y se denomina fatiga cíclica,
fatiga
o bien, simplemente fatiga.
El término
cíclica en cierta manera es redundante
pero a veces se utiliza por contraposición al témüno
"fatiga estática" que es utilizado en la literatura
ceramista.
El efecto se pone claramente de manifiesto por el hecho
que el
a la rotura bajo cargas cíclicas es menor
que bajo cargas estáticas y también porque bajocargas

fluctuantes existe propagación de grietas bajo factores de
intensidad de tensiones inferiores al umbral de
propagación bajo cargas constantes.
El fenómeno de fatiga ha sido estudiado en los metales
desde hace mucho tiempo. En estos materiales dúctiles
se ha puesto de manifiesto que la causa de la fatiga es
la formación de una grieta y su propagación debido al
movimiento irreversible de lasdislocaciones durante las
etapas de carga y descarga del ciclo de fatiga.
En materiales frágiles con fuertes enlaces covalentes o
iónicos, por el contrario, existe muy poca tendencia al
movimiento de dislocaciones, de manera que la
plasticidad de los materiales cerámicos a temperatura
ambiente es prácticamente inexistente. Por esta razón,
durante mucho tiempo se ha supuesto que estos
materiales no...