ELABORÓ: ING. EDGAR IBINARRIAGA CH.[Escribir texto] Página 1

1.

2. NOMBRE:

3. OBJETIVO:

DETERMINAR Y TRADUCIR LAS NORMAS (ASTM, ISO Y DIN) APLICABLES AL

ENSAYO DE FATIGA, ASÍ COMO ENSAYAR UNA PROBETA DE ACERO ORDINARIO

AL CARBONO EN LABORATORIO A TEMPERATURA AMBIENTE.

4. INTRODUCCIÓN:

FATIGA ES UNA PROPIEDAD MECÁNICA MUY IMPORTANTE QUE NOS PERMITE

ESTABLECER EL TIEMPO DE USO DE CUALQUIER MATERIAL, DEBIDO A QUE

ESTA PROPIEDAD ES UN FENÓMENO SUPERFICIAL ASOCIADO CON ESFUERZOS

REPETITIVOS DE TORSIÓN, COMPRESIÓN Y TENSIÓN FUNDAMENTALMENTE.

5 FUNDAMENTOS TEÓRICOS: (CONCEPTOS REQUERIDOS PARA LA PRÁCTICA)

LAS FRACTURAS O GRIETAS SUPERFICIALES SE PUEDEN FORMAR Y CRECER

LENTAMENTE A CARGAS MENORES QUE LA CARGA DE TRABAJO, TANTO SI LA

TENSIÓN ES CÍCLICA COMO SI EL ENTORNO ES CORROSIVO.

SI UN COMPONENTE O ESTRUCTURA SE SOMETE A CICLOS REPETITIVOS DE

TENSIÓN PUEDE FALLAR A TENSIONES MUY INFERIORES A LA RESISTENCIA A

LA TRACCIÓN Y CON FRECUENCIA POR DEBAJO DEL LÍMITE ELÁSTICO DEL

MATERIAL, ASÍ SE DENOMINA LA FALLA POR FATIGA.

LOS ENSAYOS DE FATIGA SE REALIZAN CARGANDO CÍCLICAMENTE EL

MATERIAL A TENSIÓN O COMPRESIÓN O EN MODO DE FLEXIÓN ALTERNATIVA,

VER FIG. 1

PRÁCTICA NO. 1

FATIGA EN ACERO

ELABORÓ: ING. EDGAR IBINARRIAGA CH.[Escribir texto] Página 2

FIG. NO. 1

LOS ENSAYOS DE FATIGA SE REALIZAN CARGANDO CÍCLICAMENTE EL

MATERIAL A TRACCIÓN O COMPRESIÓN, O EN MODO DE FLEXIÓN

ALTERNATIVA

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SE PUEDEN DISTINGUIR 3 CATEGORÍAS DE FATIGA:

(1) FATIGA DE COMPONENTES SIN GRIETAS:

NO HAY GRIETAS PREEXISTENTES, FRACTURA CONTROLADA POR INICIACIÓN,

POR EJEMPLO EN LA MAYORÍA DE LOS COMPONENTES PEQUEÑOS, COMO LOS

EJES DE ÉMBOLOS, RODAMIENTOS DE BOLAS, DIENTES DE ENGRANAJES, EJES,

CIGUEÑALES.

(2) FATIGA DE ESTRUCTURAS PREAGRIETADAS:

LAS GRIETAS PREEXISTEN, LA PROPAGACIÓN DE LA FRACTURA ES

CONTROLADA, POR EJEMPLO LA MAYORÍA DE LAS GRANDES ESTRUCTURAS,

ESPECIALMENTE LAS QUE TIENEN GRANDES SOLDADURAS, PUENTES, BARCOS,

VASIJAS A PRESIÓN.

LAS GRANDES ESTRUCTURAS EN ESPECIAL LAS SOLDADAS, (PUENTES BARCOS,

OLEODUCTOS, VASIJAS NUCLEARES A PRESIÓN) SIEMPRE TIENEN GRIETAS.

LO QUE SE DEBE ASEGURAR ES QUE LA LONGITUD INICIAL DE ESAS GRIETAS

SEA INFERIOR A UN DETERMINADO TAMAÑO, QUE PUEDE DETECTARSE DE

FORMA RAZONABLE, CUANDO SE EXAMINA LA ESTRUCTURA.

PARA ASEGURAR LA VIDA SEGURA DE LA ESTRUCTURA SE NECESITA

CONOCER CUANTO TIEMPO (CICLOS), AGUANTARÁ LA ESTRUCTURA ANTES DE

QUE UNA DE ESAS GRIETAS ALCANCE UNA LONGITUD TAL QUE CONDUZCA A

UN CRECIMIENTO RÁPIDO Y POR TANTO A UN FALLO CATASTRÓFICO.

(3) FATIGA A NÚMERO DE CICLOS ELEVADO:

LA FATIGA SE PRODUCE A TENSIONES POR DEBAJO DEL PUNTO DE CEDENCIA

EN GENERAL, A ≥ 104 CICLOS SUCEDE LA FRACTURA, POR EJEMPLO TODOS

LOS SISTEMAS QUE VIBRAN O ROTAN, COMO LAS RUEDAS, EJES Y

COMPONENTES DE MOTOR.

(3.1) FATIGA A BAJO NÚNERO DE CICLOS:

LA FATIGA SE PRODUCE A TENSIONES POR ARRIBA DEL PUNTO DE CEDENCIA

EN GENERAL, A ≤ 104

CICLOS SUCEDE LA FRACTURA, POR EJEMPLO

COMPONENTES DEL NÚCLEO DE UN REACTOR NUCLEAR, FUSELAJE DE

AVIONES, COMPONENTES DE TURBINAS Y CUALQUIER COMPONENTE

SOMETIDO A SOBRECARGAS OCASIONALES.

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FOTOGRAFÍAS DIVERSAS DE FRACTURAS OCASIONADAS POR FATIGA

FLECHA 1

DETALLE 1

OBSÉRVESE EL DESGASTE.

CAUSA:

FRICCIÓN EXTREMA Y POSIBLE PARTÍCULA

DE BRONCE ORIGINARIA DE UN RECHUPE

DE LA CHUMACERA.

FRACTURA POR FATIGA ORIGINADA POR ESFUERZOS EXCESIVOS DE TORSIÓN

Y TENSIÓN COMPRESIÓN, INCREMENTADOS ESTOS POR LA PRESENCIA DE

CORROSIÓN POR JUGO DE CAÑA DE AZÚCAR (INGENIO LA GLORIA S.A.)

FRACTURA POR FATIGA.

CAUSA:

ESFUERZOS MÁXIMOS DE TENSIÓN Y

COMPRESIÓN.

DETALLE 1

FLECHA 1

DETALLE DE FOTOGRAFÍA ANTERIOR

ELABORÓ: ING. EDGAR IBINARRIAGA CH.[Escribir texto] Página 5

FLECHA 2

DETALLE 2

FRACTURA POR FATIGA OCASIONADA POR ESFUERZOS DE TENSIÓN Y

COMPRESIÓN EXCESIVOS, EN LA CUAL , LA CORROSIÓN QUÍMICA JUGÓ UN

PAPEL IMPORTANTE. (INGENIO LA GLORIA S.A.)

FACTORES IMPORTANTES QUE ACELERAN LAS FRACTURAS POR FATIGA

(1) CONCENTRADORES DE TENSIONES.

CUALQUIER CAMBIO DE SECCIÓN TRANSVERSAL BRUSCO DE UN

COMPONENTE PROVOCA UN INCREMENTO EN LA TENSIÓN LOCAL MUY

POR ENCIMA DE LA TENSIÓN DE FONDO, OBVIAMENTE EL FALLO POR

FATIGA OCURRIRÁ PREFERENTEMENTE EN LAS ZONAS DONDE EXISTAN

ALTAS CONCENTRACIONES DE TENSIONES LOCALES

(2) SENSIBILIDAD A LA ENTALLA.

CUANDO EL RADIO QUE UNE A DOS SECCIONES DIFERENTES ES DE 900, LA

CONCENTRACIÒN DE ESFUERZOS EN ESE PUNTO TIENDE AL INFINITO.

ESTO IMPLICA QUE CUALQUIER COMPONENTE CON UN CANTO AGUDO, O

UNA ENTALLA, SIEMPRE FALLARÁ POR FATIGA, INDEPENDIENTEMENTE

DE LA TENSIÓN DE FONDO.

DEBE TENERSE MUCHO CUIDADO CON LOS MATERIALES FRÁGILES,

PORQUE SU RESISTENCIA A LA TENSIÓN AUMENTA SEGÚN DISMINUYE SU

VOLUMEN.

EL EFECTO TAMAÑO TAMBIÉN SE APLICA A LA FORMACIÓN DE GRIETAS

DE FATIGA, ES DECIR, CUANTO MENOR ES LA ZONA DE PROCESO, MAYOR

ES LA RESISTENCIA A LA FATIGA DEL COMPONENTE FRÁGIL.

ELABORÓ: ING. EDGAR IBINARRIAGA CH.[Escribir texto] Página 6

(3) CORROSIÓN.

ESTE ES UN FACTOR IMPORTANTÍSIMO, PORQUE AFECTA LA SUPERFICIE

DONDE SE INICIAN PRECISAMENTE LAS FRACTURAS POR FATIGA.

(4) TEMPERATURA EXCESIVA.

LAS DILATACIONES PROVOCADAS POR LAS TEMPERATURAS ALTAS,

CONCENTRAN ESFUERZOS, ADEMÁS DE QUE REDUCE LA RESISTENCIA A

LA TENSIÓN DE LOS MATERIALES METÁLICOS.

(5) ACABADO SUPERFICIAL.

EL ACABADO SUPERFICIAL ES FUNDAMENTAL, YA QUE CONCENTRA

ESFUERZOS EN LA SUPERFICIE, DONDE SE INICIAN LAS FRACTURAS POR

FATIGA.

(6) EXCESIVOS ESFUERZOS (MOMENTÁNEOS) EN LA OPERACIÓN.

6. MATERIAL Y EQUIPO:

CANT: DESCRIPCIÓN OBSERVACIONES

UNO MUESTRA DE ACERO ORDINARIO AL CARBONO

UNO MÁQUINA DE ENSAYO DE FATIGA

UNO TORNO HORIZONTAL HERRAMENTAL

UNO RECTIFICADORA HERRAMENTAL

7. METODOLOGÍA: (ACTIVIDADES A REALIZAR)

SECUENCIA.

(1) INVESTIGAR EL NÚMERO Y TÍTULO CORRESPONDIENTE AL ENSAYO DE

FATIGA DE LAS NORMAS DE ASTM, ISO Y DIN.

(2) TRADUCIR LA NORMA QUE CORRESPONDA A EL TIPO DE MÁQUINA

DISPONIBLE PARA EL ENSAYO.

(3) MAQUINAR LA PROBETA, BAJO LAS CONDICIONES DE ENSAYO.

(4) EFECTUAR EL ENSAYO DE FATIGA.

ELABORÓ: ING. EDGAR IBINARRIAGA CH.[Escribir texto] Página 7

8. ASPECTOS DE SEGURIDAD:

(1) INDISPENSABLE Y NECESARIO EL USO DEL EQUIPO DE SEGURIDAD UTILIZADO EN MÁQUINAS HERRAMIENTAS.

9. SUGERENCIAS DIDÁCTICAS:

10. REPORTE: (ESPECIFICACIONES PARA ENTREGA DE RESULTADOS)

ELABORAR REPORTE INDIVIDUAL ESCRITO CON DIBUJOS Y CROQUIS,

RESPECTO A:

(1) DESARROLLO DE LA PRÁCTICA.

(2) RESULTADOS OBTENIDOS EN CADA PRUEBA DEL ENSAYO DE FATIGA

ESTE REPORTE DEBE SER ENTREGADO 2 DÍAS DESPUÉS DE TERMINADA LA

PRÁCTICA.

11. CONCLUSIONES:

EMITIR CONCLUSIONES RESPECTO A:

(1) DIFERENCIAS FUNDAMENTALES ENTRE LOS ENSAYOS DE FATIGA

ESTABLECIDOS EN LAS NORMAS REFERIDAS.

ELABORÓ: ING. EDGAR IBINARRIAGA CH.[Escribir texto] Página 8

12. BIBLIOGRAFÍA:

1. FLIN, RICHARD A. TROJAN PAUL K. MATERIALES DE INGENIERÍA Y SUS

APLICACIONES. MÉXICO: EDITORIAL MC GRAW HILL, ULTIMA EDICIÓN.

2. THORNTON, PETER A. COLANGELO VITO J. CIENCIA DE MATERIALES PARA

INGENIERÍA. EDITORIAL PRENTICE - HALL HISPANOAMERICANA. ULTIMA

EDICIÓN.

3. ASKELAND DONAL R. CIENCIA E INGENIERÍA DE LOS MATERIALES.

EDITORIAL GRUPO EDITORIAL IBEROAMERICANA. ULTIMA EDICIÓN.

4. VAN VLACK, LAWRENCE H. TECNOLOGÍA DE MATERIALES. EDITORIAL

REPRESENTACIÓN ES Y SERVICIOS DE INGENIERÍA. ULTIMA EDICIÓN.