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TOMA DE MUESTRAS Y PREPARACIÓN DE PROBETAS PARA ENSAYOS MECÁNICOS.
MUESTRA:
Parte del material en cantidad suficiente para obtener una o varias probetas.
PROBETA:
Parte de la muestra, mecanizada o no, con las dimensiones y características adecuadas para someterla a
un determinado ensayo.
Representativas del producto a ensayar.
• Identificación inequívoca de la pieza seleccionada.
• Operaciones de corte, decapado y mecanizado de las probetas, Sin modificar las características
del producto.
1. ENSAYOS DE DUREZA.
Se denomina dureza a la resistencia que un cuerpo opone a la penetración de otro cuerpo más duro. La
determinación de la dureza se hace generalmente por ensayos de penetración. Estos consisten en
producir una huella en el material que se ensaya aplicando sobre éste un penetrador con una presión
determinada. El índice
de dureza se halla en
función de la presión que
se ejerce y la profundidad
o diámetro de la huella.
Los métodos más
utilizados son los de
Brinell, Rockwell y
Vickers.
Los ensayos de dureza
utilizan distintas escalas
de medida según el
método utilizado. Los
valores de dureza para
un mismo material
pueden ser muy
diferentes en función del
método, por lo que es
siempre necesario, para
saber exactamente cuál
es la dureza, especificar
el tipo de ensayo con el
que se ha realizado la
medida. La dureza se representa por la letra "H" seguida de la inicial de método utilizado, así por
ejemplo para indicar dureza Brinell, será: HB. En algunos casos serán tres letras las que representen la
dureza por existir distintas modalidades o escalas aun dentro del mismo ensayo, así en ensayo Rockwell
hay que especificar el tipo de escala, HRC, o HRB, etc.
Este ensayo mide una característica superficial y a veces muy localizada en una pequeña zona del
material, en contraste con el ensayo de tracción que ensaya una gran cantidad de material. La dureza es
una característica que tiene una estrecha relación con la resistencia al desgaste, y con la resistencia
mecánica en general. Aunque en algunos casos se suponga una homogeneidad en el material, hay que
tener en cuenta que la medida de dureza es una medida puntual.
CONSIDERACIONES GENERALES:
– Distancia mínima entre el centro de la huella - borde de la probeta.
– Distancia mínima entre huellas adyacentes.
– Probeta:
• Superficie lisa y plana
• Libre de óxido y materias extrañas
• Espesor mínimo
– Soporte:
• Rígido
• Superficie de apoyo limpia y libre de materias extrañas
• Impedir desplazamiento de probeta durante el ensayo
MÉTODOS ESTÁTICOS:
– Forma del punzón y carga aplicada.
– Designación de la dureza.
Brinell.
Vickers.
Rockwell.
Método Brinell
El ensayo consiste en comprimir una bola de acero templado, de un diámetro determinado, con una
determinada fuerza P y durante un tiempo establecido, sobre el material a ensayar y medir luego la
huella que se ha producido. La medida de dureza se obtiene en este caso por la relación entre la fuerza
aplicada y la superficie de la huella dejada por el penetrador. La dureza sin embargo no tiene unidades
de kg/mm2, sino que se 14 habla de puntos o unidades de dureza Brinell. Este ensayo data de 1900 y su
presentación original iba destinado a determinar la dureza del acero, la carga utilizada era de 3000 kg y
el diámetro de la bola de 10 mm.
FORMULA PARA EL ENSAYO:
CONSIDERACIONES SOBRE EL MÉTODO BRINELL:
– Huellas geométricamente semejantes Constante de ensayo K
K = 30 - hierros y aceros
K = 10 - cobre, bronce y latón
K = 5 - aleaciones ligeras
K = 2.5 - estaño y plomo
K = 1.25 - materiales muy blandos
– Bolas de ensayo:
Acero templado HBS - HB < 450
Metal duro HBW - HB > 650
- Designación de la dureza Brinell:
350 HBS 5/750 - Ø 5mm, 750 kg, 10-15 seg.
600 HBW 1/30/20 - Ø 1mm, 30 kg, 20 seg.
Método Vickers.
Este método se basa en el mismo concepto que el anterior, determinando la dureza dividiendo la fuerza
aplicada por la superficie de la huella dejada por el penetrador. Este se desarrolló para intentar eliminar
los problemas que plantea el método Brinell, como son: no válido para materiales duros, utilización de
distintas cargas y penetradores, no apto para pequeños espesores, etc. Se utiliza como penetrador una
punta piramidal de diamante de base cuadrada y ángulo en el vértice entre caras de 136º. El ángulo de
136º fue elegido, para que la dureza coincidiera con la Brinell. Al ser el penetrador de diamante no
existe el problema de deformaciones, sirviendo para medir cualquier material, pues la dureza del
penetrador será siempre superior. La forma de pirámide hace que los resultados sean siempre
comparables aun utilizando cargas distintas, pues las huellas son siempre geométricamente semejantes.
Las cifras Vickers coinciden con las de Brinell hasta las 250-300 unidades, a partir de estas cifras la
dureza Vickers es siempre superior a la Brinell. La diferencia al principio es pequeña pero es bastante
grande para durezas elevadas. Esto es debido a la deformación de la bola que falsea los resultados
teóricos.
Este método se emplea en particular para piezas delgadas y templadas, con espesores mínimos hasta
de 0,2 mm.
Para determinar la dureza Vickers se utiliza la medida de las dos diagonales de la huella producida,
medidas con un microscopio en milésimas de milímetro, figura 3.
El número de dureza Vickers se define por la relación:
• CONSIDERACIONES SOBRE EL ENSAYO VICKERS:
– Huellas geométricamente semejantes independientes de la carga.
– Diferencias de tamaños en huellas adyacentes diagonal media de huella mayor.
– Designación dureza Vickers:
640 HV 30 30 kg, 10-15 seg.
350 HV 1/20 1 kg, 20 seg.
Método Rockwell
El ensayo Rockwell es distinto de los anteriores, aunque como ellos mide la dureza basándose en la
resistencia que oponen los cuerpos a ser penetrados, éste mide la dureza en función de la profundidad
de la penetración del cuerpo de ensayo, mientras que en el Brinell se determina el área del segmento
esférico por el diámetro de la impresión de la bola. Además en los ensayos Brinell y Vickers, se aplica la
carga de una sola vez mientras que en Rockwell se aplican en dos etapas. Este ensayo tiene la ventaja
de poder medir directamente la dureza sobre una escala situada en la propia máquina, sin tener que
hacer operaciones o medir huellas muy pequeñas con la posibilidad de error que ello conlleva.
Actualmente existen gran cantidad de métodos Rockwell que se diferencian en esencia por la forma y el
material del penetrador empleado. No obstante son dos los más 19 utilizados denominados "B" y "C". El
método B utiliza como penetrador una bola de acero de 1/16" y el método C utiliza un cono de
diamante de 120º.
En este ensayo hemos dicho que se mide la profundidad de la huella permanente, producida al actuar
una determinada carga sobre un penetrador de diamante de forma cónica con una punta esférica, (para
materiales muy duros) o sobre un penetrador de forma esférica para materiales blandos.
Para realizar el ensayo se comienza por colocar una carga previa de 10 kp que provocara una huella de
profundidad ho, después se hace actuar una carga adicional de 140 kp para el Rockwell C, o de 90 kp
para el Rockwell B, con lo cual la huella alcanzará una nueva profundidad h1.
Después se retira esta carga
adicional quedando únicamente
la carga de 10 kp, por tanto, el
penetrador retrocede debido a
la recuperación elástica del
material y queda solamente una
profundidad permanente h.
El número que mide la dureza
no está ligado con la carga como
ocurre con la dureza Brinell, sino
que es un número arbitrario
pero naturalmente proporcional
a la penetración.
Se determina deduciendo del nº 100, si se ensaya con diamante y del 130 si se ensaya con bola, las
unidades de penetración permanente medidas en 0,002 de mm. Esto se 20 hace para que a los
materiales más duros correspondan más unidades de dureza que a los blandos y ocurrirá lo contrario si
la dureza se diese por las unidades de penetración, o sea, a más unidades el material sería más blando.
HRC = 100 - h
HRB = 130 - h
El espesor de la pieza a medir debe ser como mínimo 10 veces mayor que la profundidad de la
penetración.
Algunas ventajas del ensayo Rockwell son:
1- Es de aplicación universal, pudiéndose emplear para metales blandos como duros.
2- Es de lectura directa, lo que evita el uso de microscopios o reglas, etc., anulando errores personales
de apreciación.
3- No hace falta un pulido perfecto de las probetas, como en el Vickers. 4- Es muy rápido de operar,
pudiéndose hacer el ensayo completo en muy poco tiempo.
5- La huella que deja después del ensayo es casi imperceptible, como en el Vickers, no ocurriendo así
con el Brinell que deja una huella suficiente para hacer inutilizable una pieza.
• CONSIDERACIONES SOBRE EL ENSAYO ROCKWELL:
– Cargas:
F = 60 kg - Escalas A, F, H
F = 100 kg - Escalas B, D, E
F = 150 kg - Escalas C, G, K
– Designación: 59 HRC
– Dureza Rockwell superficial:
• Capas delgadas
• Cargas: 15, 30 y 45 kg
• Escalas:
– N - cono diamante
– T - bola acero
• Designación:
70 HR 30N Rockwell supfcial. 30 kg, escala N
38 HR 15T Rockwell supfcial. 15 kg, escala T
MÉTODOS DINÁMICOS.
• Método Poldi
• Retroceso:
- Esclerómetro Shore
- Duroscopio
2. ENSAYOS DE CARACTERIZACIÓN DE LA TENACIDAD.
TENACIDAD: Trabajo o energía que absorbe un material en su proceso de deformación y rotura.
• Comportamiento de un material con entalla frente a esfuerzos por choque.
• Resiliencia
• Módulo de tenacidad:
• Métodos:
– Charpy
– Izod
• Influencia de la temperatura - Temperatura de
transición.
• Factores que influyen en la tenacidad:
- Tamaño de grano
- Fragilidad de revenido
- Efecto de fibra
3. ENSAYO DE TRACCIÓN.
El ensayo consiste en someter a una barra de sección circular o rectangular, que recibe el nombre de
probeta, a una carga de tracción que provoca el alargamiento continuo de la misma hasta que se
produce su rotura. Las cargas se aplican con la suficiente lentitud como para que pueda considerarse
que durante el mismo el material se somete a cargas estáticas.
Los resultados del ensayo serán por tanto sólo aplicables, teóricamente, a piezas sometidas a este tipo
de cargas.
En este ensayo se pueden
determinar las siguientes
características del material:
- Límite elástico: aparente y
convencional
- Resistencia a la tracción
- Alargamiento a la rotura
- Estricción a la rotura
- Módulo de elasticidad o de Young
Es evidente que la forma y dimensiones de la probeta, tienen gran influencia en el ensayo, pues para
una misma carga aplicada y un mismo material se alargará más una probeta de menor sección que otra
más gruesa o una más larga que otra más corta (Figura 1). Para poder comparar los resultados de los
ensayos, hay que establecer la relación entre la fuerza y la unidad de sección y entre la deformación y la
unidad de longitud, con esto obtendremos características unitarias que podremos aplicar a piezas muy
diferentes.
FORMA Y DIMENSIONES DE LAS PROBETAS.
En el ensayo de tracción utilizaremos barras del material cuyas propiedades queremos determinar, estas
reciben el nombre de probetas. Las probetas pueden ser de sección circular (materiales forjados,
fundidos, barras y redondos laminados y planchas de gran espesor) cuadrada y rectangular (planchas y
perfiles, así se pueden respetar las caras de laminación).
Generalmente, constan de una parte central calibrada, que termina en ambos extremos en dos
ensanchamientos o cabezas por donde la probeta es fijada por las mordazas de la máquina de tracción
que se utiliza en el ensayo. El objeto de estas cabezas es, además de facilitar la 23 sujeción por las
mordazas, obligar a que al ser mayor la sección de las mismas la rotura se produzca por la zona
calibrada.
MAQUINA DE ENSAYO.
Máquina universal de ensayos: Son máquinas concebidas para ensayos de rotura de materiales. Estas
máquinas tienen la ventaja de que se manejan con facilidad, permiten hacer ensayos rápidamente y son
de construcción robusta e insensible a los esfuerzos bruscos que se producen en la carga y descarga. Se
utilizan generalmente para ensayos de rotura por tracción y suelen ir equipadas con dispositivos
complementarios para realizar otro tipo de 25 ensayos, entre los que se pueden destacar: ensayos de
compresión, ensayos de flexión y ensayos de plegado.
Todas las máquinas constan esencialmente de :
- Un bastidor fijo al que se sujeta firmemente uno de los extremos de las probetas.
- Una parte móvil sobre la que se aplicará la fuerza y a la que se sujeta el otro
extremo de la probeta.
- Un dispositivo capaz de producir el esfuerzo.
- Un mecanismo que permita medir la fuerza aplicada
- Un aparato para medir las deformaciones en la probeta.
Los tipos de máquinas se diferencian esencialmente en el sistema de transmisión y de medida de los
esfuerzos. Los esfuerzos pueden ser transmitidos mecánica o hidráulicamente.
En las máquinas de transmisión mecánica la fuerza se aplica a través de un reductor (engranaje sin fin)
accionado por un motor eléctrico que desplaza el bastidor móvil. En las máquinas de transmisión
hidráulica la carga es aplicada por un émbolo impulsor accionado por aceite a presión y situado en la
parte superior de la máquina, trasladando dicha fuerza al bastidor móvil. La carga se controla regulando
la cantidad de aceite a presión suministrado por una bomba.
Todas las máquinas están equipadas con dispositivos de medición y control, de los dos parámetros:
fuerza aplicada y alargamiento de la probeta. Para medir la fuerza aplicada en máquinas de transmisión
mecánica suelen utilizarse dinamómetros electrónicos, la medición se hace por medio de un resorte
que se deforma por acción directa (aparatos mecánicos) o indirecta a través de un émbolo movido por
aceite a presión (émbolo de medida). En las máquinas hidráulicas suelen utilizarse transductores de
aplicación directa, célula de carga. Las deformaciones pueden ser medidas o directamente por un
extensómetro sujeto a dos referencias de la probeta o por separación entre las mordazas.
Las máquinas para ensayos de rotura a tracción tienen dispositivos de sujeción que, cambiando unos
sencillos órganos intermedios denominados mordazas, presentan múltiples posibilidades de utilización.
Las probetas se sujetan por sus extremos a los bastidores fijo y móvil, respectivamente, mediante las
mordazas que impiden que se escapen o deslicen. Los distintos tipos de mordazas deberán adaptarse a
la forma de la cabeza de la probeta. Dichas mordazas son accionadas por sistemas mecánicos movidos
manualmente o mediante una bomba de aceite movida por un motor eléctrico. Con el fin de evitar
posibles accidentes como atrapar una mano del operario con las mordazas, deberá prestarse especial
atención en la colocación de las probetas.
Para los ensayos de compresión, típicos en materiales de construcción como el hormigón, es preciso
prever una protección alrededor de la probeta que impida que en la rotura del material puedan ser
despedidos trozos del mismo causando algún tipo de daño.
Las normas españolas establecen como recomendación general una verificación de la máquina de
ensayo al menos una vez al año y siempre que haya duda razonable de su estado.
• CARACTERÍSTICAS MECÁNICAS DERIVADAS DEL ENSAYO:
• DIAGRAMA REAL DE TRACCIÓN. CURVA DE LUDWIK.
LEY DE SEMEJANZA DE LAS PROBETAS.
CERÁMICOS
POLÍMEROS
4. ENSAYO DE COMPRESIÓN
Menos habitual que tracción
Se emplea:
ƒ Para conocer comportamiento de material bajo def. permanentes grandes
ƒ Cuando material presenta comportamiento frágil a tracción. (⇒ Ej: cerámicos y vidrios: No
deformación plástica)
Forma de realización:
Similar a tracción (ahora F es compresiva) ⇒
Carga de compresión ⇒ contracción y deformación lineal negativa
Carga de tracción ⇒ alargamiento y deformación lineal positiva
Máquina de ensayo.
CONSIDERACIONES TEÓRICAS.
El esfuerzo de compresión es la resultante de las tensiones o presiones que existe dentro de un sólido
deformable o medio continuo, caracterizada porque tiende a una reducción de volumen o un
acortamiento en determinada dirección. En general, cuando se somete un material a un conjunto de
fuerzas se produce tanto flexión, como cizallamiento o torsión, todos estos esfuerzos conllevan la
aparición de tensiones tanto de tracción como de compresión.
PROBETA.
Las probetas para los ensayos de compresión de materiales metálicos son:
Las probetas cortas son para usarse con metales antifricción
Las probetas medianas ara uso general y las probetas largas para ensayo que determine el módulo de
elasticidad.
El ensayo de compresión entre bloques es más conveniente para obtener información sobre el
comportamiento del material en procesos de conformado.
5. ENSAYO DE CIZALLADURA.
Un material puede estar sometido a esfuerzos tangenciales, también llamados cortantes o de
cizalladura, donde las fuerzas actúan paralelamente a un plano.
A. Tensión de cizalladura (τ, en Pa):
Deformación de cizalladura (γ):
Cizalla puramente elástica: τ = G γ
G = Mód. De cizalladura o de rigidez o de Coulomb (→ da idea de la rigidez)
Existe una relación ente módulos: E = 2 G (1 + υ)
υ: módulo de Poisson
Comportamiento mecánico.
6. ENSAYO DE FLEXION
Es un ensayo habitualmente empleado en materiales frágiles (cerámicos y vidrios), aunque aplicable a
materiales metálicos. La carga se aplica verticalmente, en un punto o dos, dando lugar a los ensayos de
flexión en 3 o en 4 puntos
Los esfuerzos longitudinales en las probetas de flexión son a tracción en las caras inferiores de apoyo, y
a compresión en las caras superiores de aplicación de la carga
Evalúa el comportamiento esfuerzo-deformación y la resistencia a la flexión de materiales frágiles: ⇒
Resistencia a flexión es equivalente al módulo de rotura de los cerámicos Adecuado: cerámicos, vidrios y
polímeros
7. ENSAYO DE PANDEO
OBJETIVO.
El objeto del ensayo de pandeo es investigar el comportamiento de elementos largos (esbeltos) sometidos a cargas de compresión axial, es decir, que no fallan por aplastamiento.
FUNDAMENTO TEÓRICO.
En forma normal se piensa que las deflexiones dentro del límite elástico varían en forma lineal con la carga, sin embargo ocurren varias excepciones notables, como la falla por estabilidad o pandeo cuando se aplican cargas de compresión.
Se entiende por estabilidad la propiedad del sistema de mantener su estado durante las acciones exteriores. Si el sistema no tiene esta propiedad se dice que el sistema es inestable. En la misma medida se puede afirmar que su estado es inestable.
En las condiciones reales siempre existen causas que pueden conducir a la perturbación del estado original de equilibrio. Es decir, que siempre se realiza la posibilidad del paso del sistema inestable a un nuevo estado. En este caso se dice que no tiene lugar la pérdida de estabilidad.
Al perder la estabilidad, el sistema se puede comportar de diversas formas. Generalmente, tiene lugar el paso a un nuevo estado estado de equilibrio, lo que, en la mayoría de los casos va acompañado de grandes deformaciones, de deformaciones plásticas o de una rotura completa. En algunos casos, después de perder la estabilidad, la estructura sigue trabajando y cumple, como antes, sus funciones
principales. Pueden ocurrir, por fin, casos cuando el sistema perdió estabilidad, al no tener una posición estable de equilibro, pasa al régimen de las oscilaciones no amortiguadas.
Es necesario destacar que el fenómeno de la pérdida de estabilidad se manifiesta de la forma más clara en las estructuras ligeras de paredes delgadas: en las cáscaras comprimidas y en las paredes delgadas. Tal vez los más comunes son las columnas largas esbeltas trabajando a la compresión. Los ejemplos incluyen columnas en edificios, eslabones estructurales a la compresión (como en puentes), bielas conectadas a pistones, resortes helicoidales a la compresión y tornillos de gatos; también los tubos de paredes delgadas solicitado por una presión exterior es capaz de perder estabilidad. En este caso, la forma circular de la sección pasa a ser elíptica y el tubo se aplasta, a pesar de que, en el momento de perder la estabilidad, las tensiones están lejos de alcanzar el límite de fluencia.
FORMULA:
M(x, y) = P . y
8. ENSAYO DE TORSIÓN.
El método de ensayo utilizado para determinar las propiedades de los materiales frente a esfuerzos de
cortante es el ensayo de torsión.
La relación del esfuerzo cortante ( ) a la deformación cortante ( ) en el rango elástico se conoce como
módulo de rigidez o módulo de corte (G)
9. ENSAYO DE FLUENCIA.
Método para determinar el comportamiento de fluencia o de relajación de esfuerzos. Para determinar
las propiedades de fluencia, el material se somete a una tensión constante prolongada o a una carga de
compresión a temperatura constante. La deformación se registra en intervalos de tiempo especificados
y se traza un diagrama de fluencia contra tiempo. La pendiente de la curva en cualquier punto es la
velocidad de fluencia. Si se produce un fallo, se termina el ensayo y se registra el tiempo requerido para
ruptura. Si la probeta no se rompe dentro del período de ensayo, se puede medir la recuperación de la
fluencia. Para determinar la relajación de esfuerzos del material, la probeta se deforma una cantidad
determinada y se registra la disminución del esfuerzo durante un período prolongado de exposición a
temperatura constante.
- fluencia primaria: la velocidad de deformación disminuye con el tiempo debido a un endurecimiento
del material
- fluencia secundaria ( o estacionaria): la velocidad de deformación alcanza un mínimo (emin)
- fluencia terciaria: la velocidad de deformación aumenta hasta la rotura del material. El material
presenta estricción (reducción de la sección en un área local de la probeta)Si aumentan la temperatura y
la carga también aumentan la deformación instantánea y la pendiente de la fluencia secundaria,
mientras disminuye el tiempo de rotura. A temperatura constante si aumenta la carga también lo hace
la deformación mínima (emin)
σ =A(emin)m
σ=esfuerzo de tensión =SVD (sensibilidad a la velocidad de deformación)
10. ENSAYO DE FATIGA.
En el estudio de los materiales en servicio, como componentes de órganos de máquinas o estructuras, debe tenerse en cuenta que las solicitaciones predominantes a que generalmente están sometidos no resultan estáticas ni cuasi estáticas, muy por lo contrario en la mayoría de los casos se encuentran afectados a cambios de tensiones, ya sean de tracción, compresión, flexión o torsión, que se repiten sistemáticamente y que producen la rotura del material para valores de la misma considerablemente menores que las calculadas en ensayos estáticos. Este tipo de rotura que necesariamente se produce en el tiempo, se denomina de fatiga aunque es común identificarla como roturas por tensiones repetidas, tensiones que pueden actuar individualmente o combinadas.
CLASIFICACIÓN DE LOS ENSAYOS DE FATIGA
En general los ensayos de fatiga se clasifican por el espectro de carga- tiempo, pudiendo presentarse como:
- Ensayos de fatiga de amplitud constante.
- Ensayos de fatiga de amplitud variable.
Ensayos de fatiga de amplitud constante.
Los ensayos de amplitud constante evalúan el comportamiento a la fatiga mediante ciclos predeterminados de carga o deformación, generalmente senoidales o triangulares, de amplitud y frecuencia constantes. Son de ampliación en ensayos de bajo como de alto número de ciclos, ponderan la capacidad de supervivencia o vida a la fatiga por el número de ciclos hasta la rotura (inicio y propagación de la falla) y la resistencia a la fatiga por la amplitud de la tensión para un número de ciclos de rotura predeterminado. Es usual denominar como resistencia a la fatiga a la máxima tensión bajo la cual el material no rompe o aquella que corresponde a un número preestablecido de ciclos según los metales o aleaciones.
A este respecto la norma ASTM E define como limite de fatiga a la tensión que corresponde a un número muy elevado de ciclos.
Ensayo de fatiga de amplitud variable.
En fatiga, cuando la amplitud del ciclo es variable, se evalúa el efecto del daño acumulado debido a la variación de la amplitud del esfuerzo en el tiempo. Son ensayos de alto número de ciclos con control de carga, que según el espectro de carga elegido serán más o menos representativos de las condiciones de servicio.
FATIGA DE ALTO NUMERO DE CICLOS.
Los espectros carga - tiempo de los ensayos de amplitud constante surgen de semejar el ciclo de carga a funciones continuas simples, normalmente senoidales. En general cualquiera que resulte el
ciclo del esfuerzo aplicado podrá considerárselo como resultante de uno constante o estático, igual al valor medio de la carga (sm), y de otro variable de amplitud constante (sa) senoidal puro.
Los parámetros que definen o identifican al ciclo, resultan:
Tensión media . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . sm = (s1 + s2 ) / 2
Amplitud de tensión o alternancia . . . . . sa = (s1 - s2) / 2
Relación de amplitud o de tensiones. . . .R = s2 / s1
Según el dibujo anterior se denominan.
a) a y b) Alternados: Se generan cuando las tensiones cambian de signo alternativamente. El caso más común y simple, es aquel en que la tensión máxima positiva (s1) es igual a la mínima (s2), obteniéndose un ciclo denominado alternado simétrico, figura a.
sa = s1 = -s2 R = -1
Cuando las tensiones se presentan de distinto signo y valor, figura b, el ciclo será alternado asimétrico.
sm < sa 0 < R < -1
c) Intermitentes: Los esfuerzos tienen siempre el mismo sentido y su ciclo va desde cero a un valor determinado, que puede ser positivo o negativo, para ciclos positivos se tiene; figura c :
sm = sa R = 0
d) Pulsatorios: Tienen lugar cuando la tensión varía de un máximo a un mínimo, distinto de cero, dentro del mismo signo; figura d:
sm > sa R> 0
A los efectos de diferenciar los ciclos adoptaremos como positivas a las tensiones de tracción y negativas a las de compresión, fijándose para torsión un sentido arbitrario ya sea positivo o negativo.
Cualquiera que resulte el ciclo adoptado la frecuencia deberá permanecer constante y sin entrar a analizar la influencia de las propiedades mecánicas, podemos subdividir los ensayos en función de su valor en:
Baja frecuencia f < 5 Hz
Media frecuencia 5 < f < 30 Hz
Alta frecuencia 30 < f < 150 Hz
Muy alta frecuencia f > 150 Hz
Siendo los más utilizados los rangos de media y alta frecuencia, con el fin de disminuir los tiempos de ensayo.
ORIGEN DE LA ROTURA POR FATIGA EN LOS METALES
Aunque no se ha encontrado una repuesta total al fenómeno de rotura por fatiga, que podríamos llamar “prematura”, cuando se somete a un metal a tensiones cíclicas o vibratorias, y son varias las teorías que tienden a ello, se puede aceptar que la fractura por fatiga se debe a deformaciones plásticas de la estructura, en forma análoga (iguales planos y direcciones cristalográficas), que en los casos vistos para deformaciones monodireccionales producidas por cargas estáticas, a diferencia que bajo tensiones repetidas en algunos cristales se generan deformaciones residuales.
Estas bandas de deslizamiento, que aparecen aún bajo pequeñas cargas, se acrecientan con los ciclos, de manera que al llegar a la saturación de los granos afectados, la distorsión de la red provocará el inicio de la fisura.
Con más precisión podemos decir que las deformaciones de fatiga se engendran preferentemente en granos próximos a la superficie del metal, separados tan solo por algunos espacios atómicos, produciendo los efectos conocidos como extrusión e intrusión. En general y por el efecto de la intrusión la tracción acelera la propagación de la grieta, en cambio la compresión la retarda.
El inicio de la rotura por fatiga puede producirse, además que por los hechos explicados, por deficiencias en el material debidas a defectos estructurales (inclusiones, sopladuras, etc.) por discontinuidades de las superficies que provocan el efecto de forma (orificios, roscas, chaveteros, cambios de sección, maquinados incorrectos, etc.) y por el tratamiento o estado de las superficies (el endurecimiento mejora la resistencia en cambio la corrosión la disminuye considerablemente).
