Fatiga En Materiales Férricos

Diseño de Máquinas
Fatiga

1-Fatiga. Concepto y proceso. 4
1.2 Esfuerzos variables-repetitivos-Fluctuantes 7
1.2.1Tipos de esfuerzos 7
3-Diagramas a Fatiga 8
3.1Materiales dúctiles 8
3.1.1Teorías lineales 8
3.2 Materiales frágiles 10
3.3 Tensiones combinadas 10
4. Fatiga: Daño acumulado 12
4.1 Ecuación de Miner 12
4.2 Palmgren-Miner 12
5.Ensayo de fatiga 145.1Fundamento teórico 14
5.1.1Esfuerzos fluctuantes. 14
5.1.2Fallo por fatiga. 14
5.2Descripción del equipo. 16
5.2.1 Ensayo de flexión fluctuante. 17
5.2.2 Procedimiento para la realización del ensayo. 18
5.3 Desarrollo de la práctica. 19
5.3.1Estudio de la influencia de los radios de curvatura y de la calidad superficial en el fallo por fatiga. 19
5.3.1.1 Obtención del diagrama de Wöhler.19
5.3.1.2.Obtención de diagramas de resistencia a la fatiga. 22
6. Referencias y Bibliografía 25

1-Fatiga. Concepto y proceso.

Muchos de los elementos de máquinas, tales como cigüeñales, árboles, ejes, bielas y resortes, son sometidos a cargas variables. El comportamiento de los materiales bajo este tipo de carga es diferente a aquel bajo cargas estáticas; mientras que una pieza soportauna gran carga estática, la misma puede fallar con una carga mucho menor si ésta se repite un gran número de veces. Los esfuerzos variables en un elemento tienden a producir grietas que crecen a medida que éstos se repiten, hasta que se produce la falla total; este fenómeno se denomina fatiga. Por lo tanto, el diseño de elementos sometidos a cargas variables debe hacerse mediante una teoría quetenga en cuenta los factores que influyen en la aparición y desarrollo de las grietas, las cuales pueden producir la falla después de cierto número de repeticiones (ciclos) de esfuerzo. La teoría que estudia el comportamiento de los materiales sometidos a cargas variables se conoce como teoría de fatiga.
Para obtener las propiedades de los materiales se aplican cargas de forma gradual paraproducir deformación hasta que se destruye, lo que se conoce como condiciones estáticas.
Frecuentemente los esfuerzos varían o fluctúan entre determinados valores. Como por ejemplo los ejes sometidos a flexión, en cada giro está sometido a tracción y compresión.
Estas y otras cargas producen esfuerzos llamados repetitivos, alternantes o fluctuantes.
En muchos casos, hay elementos de maquinassometidos a estos esfuerzos que fallan, aunque los esfuerzos máximos a los que fueron sometidos son inferiores a la resistencia última del material.

Rotura de eje por fatiga

El fallo se produce cuando esos esfuerzos se repiten muchas veces, lo que se denomina fallo por fatiga.
Hay tres fases en el proceso incubación, fisuracion y rotura.
El fallo por fatiga comienza con una pequeña grieta,desarrollada en un punto de discontinuidad dentro del material. Al agrandarse esa pequeña grieta, el área de la sección disminuye, aumentándolas tensiones hasta que falla. El fallo por fatiga es muy peligroso porque falla sin poder prevenirse y ser repentino.
La resistencia a la fatiga es el número de ciclos de tensión alternada que soporta un material sin romperse, se calcula con el ensayo de Moore, enel que se somete a una probeta a flexión para que por medio de pesos y giro se hace romper. (Ver ensayo a fatiga)
El límite de fatiga es el valor de tensión alternada por debajo de la cual el material no rompe.
Se representa en la gráfica S-N, se considerará vida infinita para más de un millón de ciclos.

Según la vida que se quiera dar al material encontramos su límite de fatiga, el cualrecalcularemos añadiendo coeficientes de seguridad en función de los factores que potencien el fallo por fatiga.

Se=Ka·Kb·Kc·Kd·Ke·Kf·S’e

* Ka: acabado superficial
* Kb: Tamaño del grano
* Kc: fiabilidad
* Kd: temperatura
* Ke: factor modificativo de concentración de tensiones a fatiga
* Kf: efectos diversos

A continuación se dan las ecuaciones para determinar los...