La Sociedad Estadounidense de Ensayos y Materiales define la vida a fatiga, N f , como el número de ciclos de tensión de un carácter específico que soporta una muestra antes de que ocurra una falla de una naturaleza específica. La vida de fatiga se ve afectada por tensiones cíclicas, tensiones residuales, propiedades del material, defectos internos, tamaño de grano, temperatura, geometría de diseño, calidad de la superficie, oxidación, corrosión, etc. Para algunos materiales, en particular acero y titanio, existe un valor teórico para la tensión. amplitud por debajo de la cual el material no fallará durante cualquier número de ciclos, denominada límite de fatiga , límite de resistencia o resistencia a la fatiga .
Los ingenieros utilizan varios métodos para determinar la vida útil a la fatiga de un material. Uno de los más útiles es el método estrés-vida, que se caracteriza comúnmente por una curva SN , también conocida como curva de Wöhler . Este método se ilustra en la figura. Traza la tensión aplicada (S) contra la vida útil del componente o el número de ciclos hasta la falla (N) . A medida que la tensión disminuye desde un valor alto, la vida útil del componente aumenta lentamente al principio y luego con bastante rapidez. Debido a que la fatiga, como la fractura frágil, tiene una naturaleza tan variable, los datos utilizados para trazar la curva se tratarán estadísticamente. La dispersión de los resultados es una consecuencia de la sensibilidad a la fatiga a una serie de parámetros de prueba y materiales que son imposibles de controlar con precisión.
Los siguientes términos se definen para la curva SN:
- Límite de fatiga . El límite de fatiga (también llamado a veces límite de resistencia) es el nivel de estrés, por debajo del cual no ocurre falla por fatiga. Este límite existe solo para algunas aleaciones ferrosas (a base de hierro) y de titanio, para las cuales la curva S – N se vuelve horizontal a valores de N más altos. Otros metales estructurales, como el aluminio y el cobre, no tienen un límite definido y eventualmente fallarán incluso con pequeñas amplitudes de tensión. Los valores típicos del límite para los aceros son la mitad de la resistencia a la tracción máxima, hasta un máximo de 290 MPa (42 ksi).
- Fuerza de fatiga . La ASTM define la resistencia a la fatiga, SNf, como el valor de la tensión en la que se produce la falla después de un número específico de ciclos (por ejemplo, 107 ciclos) .Por ejemplo, la resistencia a la fatiga para la aleación de titanio recocido Ti-6Al-4V es de aproximadamente 240 MPa. a 107 ciclos y el factor de concentración de tensión = 3,3.
- Vida de fatiga . La vida de fatiga caracteriza el comportamiento de fatiga de un material. Es el número de ciclos que provocan una falla a un nivel de esfuerzo específico, tomado de la gráfica S – N.
El proceso de falla por fatiga se caracteriza por tres pasos distintos:
- Inicio de la fisura, en la que se forma una pequeña fisura en algún punto de alta concentración de esfuerzos.
- Propagación de la fisura, durante la cual esta fisura avanza de forma incremental con cada ciclo de tensión. La mayor parte de la vida a fatiga se consume generalmente en la fase de crecimiento de grietas.
- Falla final, que ocurre muy rápidamente una vez que la grieta que avanza ha alcanzado un tamaño crítico.
Las grietas asociadas con fallas por fatiga casi siempre se inician (o nuclean) en la superficie de un componente en algún punto de concentración de esfuerzos. Todo lo que lleve a la concentración de la tensión y al desarrollo de grietas reducirá la vida por fatiga. Por lo tanto, el aumento del grado de acabado de la superficie, el pulido en comparación con el esmerilado, mejora la vida a la fatiga. El aumento de la resistencia y la dureza de las capas superficiales de los componentes metálicos también mejorará la vida útil a la fatiga.
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