Fatiga en materiales ductiles

Materiales Avanzados p para la Manufactura
Principios de Fatiga Mecánica p g Nicolás J Hendrichs PhD J. Hendrichs,
Profesor Titular de Ingeniería de Materiales Centro de Innovación en Diseño y Tecnología ec o óg co o te ey, Campus o te ey Tecnológico de Monterrey, Ca pus Monterrey
nicolas.hendrichs@itesm.mx

Fatiga M á i F ti Mecánica

Tornillo de acero de bajo carbón que muestra dossuperficies de avance de grieta por fatiga y una zona central de fractura rápida.

Flecha de 7⅜” de acero de medio carbón fracturada por fatiga en flexión 100% reversible.

Fuente: M.F. Ashby & D.R.H. Jones, Engineering Materials I, Pergamon Press, Oxford, 1980. Fuente: J.E. Shigley& C.R. Mischke, Diseño en Ingeniería Mecánica, McGraw Hill, Mex, 1990.

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LasRelaciones del Triángulo de los Materiales
Condiciones de Carga

Rel. Causa-Efecto

Rel. Causa-Efecto

Ec. Constitutiva

Evaluación: Cuantitativa Cualitativa

Ec. de Continuidad

Criterios de Falla
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Fatiga M á i F ti Mecánica
Fatiga F ti Mecánica Componentes Pre-agrietados Crecimiento de Grita por Fatiga

Componentes Sanos Materiales que NO q presentanEsfuerzo de Endurancia

Materiales que SI presentan Esfuerzo de Endurancia du a c a

Vida Infinita ante la Fatiga
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Fatiga de Alto Ciclaje CiclajeBajo Esfuerzo

Fatiga de Bajo Ciclaje Alto Esfuerzo
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Elementos Básico de un Ensayo de Fatiga
Δσ = σ max − σ min

σm =

σ ma + σ min max

2 σ max − σ min σa = 2

σ min R= σ max

Fuente: M.F. Ashby & D.R.H. Jones,Engineering Materials I, Pergamon Press, Oxford, 1980.

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Fatiga M á i F ti Mecánica
Componentes Sanos Materiales M t i l que NO presentan Esfuerzo de Endurancia Fatiga F ti de Bajo Ciclaje Alto Esfuerzo

Teoría de Coffin-Manson o Manson-Coffin. Aplicable a todos los materiales. Los ciclos de carga exceden el esfuerzo de cedencia. Forzosamente el esfuerzo medio es0. No está totalmente claro cómo se desarrolla el efecto Bauschinger. Ensayos normalmente llevados a cabo en máquina universal. universal
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Bajo Ciclaje Alto Esfuerzo B j Ci l j – Alt E f
Al aplicar una deformación plástica Δεp el material es forzado a ceder tanto en tensión como en compresión Por el efecto Bauschinger, el esfuerzo g , de cedencia se va reduciendo.Fuente: J.E. Shigley& C.R. Mischke, Diseño en Ingeniería Mecánica, McGraw Hill, Mex, 1990.

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Bajo Ciclaje Alto Esfuerzo B j Ci l j – Alt E f

Acero H-11; 660 BHN Acero 4142; 400 BHN No siempre se presenta el efecto Bauschinger, ni en la misma proporción
Fuente: J.E. Shigley& C.R. Mischke, Diseño en Ingeniería Mecánica, McGraw Hill, Mex, 1990.

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Bajo Ciclaje Alto Esfuerzo B j Ci l j – Alt E f
Zona de Falla

Zona Segura

Acero 1020 laminado en caliente
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ε’F: coef. de ductilidad a la fatiga (ruptura a la primera inversión) σ’F: coef. de resistencia a la fatiga ( p g (ruptura a la primera inversión) c: exponente de ductilidad a la fatiga b: exponente de resistencia a la fatiga
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Fuente: J.E.Shigley& C.R. Mischke, Diseño en Ingeniería Mecánica, McGraw Hill, Mex, 1990.

Bajo Ciclaje Alto Esfuerzo B j Ci l j – Alt E f
Δε Δε e Δε p = + 2 2 2 Δε p c ' = ε F (2 N ) 2 ' Δε e σ F (2 N )b = 2 E
' Δε σ F ' (2 N )b + ε F (2 N )c = 2 E

Desafortunadamente no se tiene data acerca del efecto de muescas en este tipo de p ensayos, por lo que sólo aplican a componentes sin cambios abruptos desección.
Fuente: J.E. Shigley& C.R. Mischke, Diseño en Ingeniería Mecánica, McGraw Hill, Mex, 1990.

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Bajo Ciclaje Alto Esfuerzo B j Ci l j – Alt E f

Fuente: J.E. Shigley& C.R. Mischke, Diseño en Ingeniería Mecánica, McGraw Hill, Mex, 1990.

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Bajo Ciclaje Alto Esfuerzo B j Ci l j – Alt E f
Ejemplo de aplicación práctica:...