LABORATORIO TECNOLOGIA DE MATERIALES

Informe N 4

ENSAYO DE FATIGA

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Grupo:

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Fecha de Entrega:

2014 2

Introduccin La fatiga de materiales se refiere a un fenmeno por el cual la rotura de los materiales bajo cargas dinmicas cclicas (fuerzas repetidas aplicadas sobre el material) se produce ante cargas inferiores a las cargas estticas que produciran la rotura. Un ejemplo de ello se tiene en un alambre: flexionndolo repetidamente se rompe con facilidad, pero la fuerza que hay que hacer para romperlo en una sola flexin es muy grande. La fatiga es una forma de rotura que ocurre en estructuras sometidas a tensiones dinmicas y fluctuantes (puentes, automviles, aviones, etc.). Su principal peligro es que puede ocurrir a una tensin menor que la resistencia a traccin o el lmite elstico para una carga esttica, y aparecer sin previo aviso, causando roturas catastrficas. Es un fenmeno muy importante, ya que es la primera causa de rotura de los materiales metlicos (aproximadamente el 90%), aunque tambin est presente en polmeros (plsticos, composites,...), y en cermicas.

OBJETIVOS ESPECIFICOS:

Analizar el comportamiento de los metales ante cargas variables. Construir la curva de fatiga de los metales y determinar el esfuerzo crtico. Realizar el procedimiento normalizado para el ensayo de fatiga.

OBJETIVOS SECUNDARIOS:

Realizar el trabajo en equipo coordinadamente.

HERRAMIENTAS, EQUIPOS Y MATERIALES:

Equipo de ensayo de impacto Zwick/Roell Software (Test Xpert) Probeta de acero 1020

FUNDAMENTO TERICO:

1) Fatiga: Capacidad de un material a resistir esfuerzos repetitivos variables en magnitud y en sentido.Para determinar la resistencia de materiales bajo la accin de cargas de fatiga, las probetas se someten a fuerzas repetidas o variables de magnitudes especificadas y, as, se cuentan los ciclos o alternaciones de esfuerzos que soporta el material hasta la falla o ruptura. El dispositivo para ensayos de fatiga ms empleado es la mquina de viga rotatoria de alta velocidad de R. R. Moore. sta somete a la probeta a flexin pura (no a cortante transversal) por medio de pesas. La probeta se labra a mquina y se pule cuidadosamente, recibiendo un pulimento final en la direccin axial para evitar ralladuras circunferenciales (los ensayos de fatiga se realizan bajo la norma UNE 7117). Para determinar la resistencia a la fatiga de un material es necesario un gran nmero de pruebas debido a la naturaleza estadstica de la fatiga. En el caso del ensayo con la viga rotatoria se aplica una carga constante de flexin y se registra el nmero de revoluciones (o alternaciones, o inversiones sucesivas de esfuerzo) de la viga que se requieren para la falla. La primera prueba se realiza con un esfuerzo algo menor que la resistencia ltima del material, y la segunda Probeta para la mquina de ensayos de viga rotatoria de R. R Moore. El momento flexionan-te es uniforme en la porcin curva, de manera que la fractura en dos mitades iguales indica falla en la porcin ms esforzada, lo cual es un ensayo vlido del material; mientras que una fractura en cualquier otra parte (no en el nivel ms esforzado) constituye la base para sospechar que el material tiene un defecto. 2) Factores que afectan a la fatiga:

a) La resistencia a la fatiga se reduce por concentracin de tensiones como: Entallas Orificios Hendiduras b) La rugosidad superficial disminuye la resistencia a la fatiga por ser concentrador de tensiones. c) Los tratamientos superficiales mejora la resistencia a la fatiga.d) En medio ambientes corrosivos disminuye la resistencia a la fatiga porque acelera la velocidad de grietas.

3) FASES DE UN FALLO POR FATIGA:

Fase 1 (Iniciacin): Una o ms grietas se desarrollan en el material. Las grietas pueden aparecer en cualquier punto del material pero en general ocurren alrededor de alguna fuente de concentracin de tensin y en la superficie exterior donde las fluctuaciones de tensin son ms elevadas. Las grietas pueden aparecer por muchas razones: imperfecciones en la estructura microscpica del material, ralladuras, araazos, muescas y entallas causados por las herramientas de fabricacin o medios de manipulacin. En materiales frgiles el inicio de grieta puede producirse por defectos del material (poros e inclusiones) y discontinuidades geomtricas. Fase 2 (Propagacin): Alguna o todas las grietas crecen por efecto de las cargas. Adems, las grietas generalmente son finas y de difcil deteccin, aun cuando se encuentren prximas a producir la rotura de la pieza. Fase 3 (Rotura): La pieza contina deteriorndose por el crecimiento de la grieta quedando tan reducida la seccin neta de la pieza que es incapaz de resistir la carga desde un punto de vista esttico producindose la rotura por fatiga.

Imagen: Partes principales de una mquina para el ensayo de fatiga.

PROCEDIMIENTOS Y RESULTADOS

a. Medicin de la probeta: Antes de comenzar a realizar los ensayos de fatiga se deben tomar las respectivas medidas dimensionales de las probetas. Este procedimiento de medicin es efectuado con un gran cuidado y debe implementarse la correcta utilizacin del Calibrador "pie de rey", y la regla un instrumento de medicin de vital importancia para tomar el valor de nuestros datos. Para tomar las medidas de nuestras probetas utilizaremos las unidades del sistema mtrico internacional (SI) expresando dichas medidas en milmetros (mm). Es muy importante ser bastante cuidadosos en la toma de estas medidas ya que despus de someter las probetas a los respectivos ensayos, estas sern utilizadas para calcular algunas variables como lo son el peso W. b. Datos de las probetas:Se realizaron cinco ensayos, de las cuales se tomaron todos los datos antes de realizar la experiencia:

Dimetro (mm)Distancia (mm)Peso (W) KgNmero de ciclos (n)

Probeta 1 (P1)6,994113007728

Probeta (P2)7,0141,38125016742

Probeta (P3)7,0640,97122020747

Probeta (P4)6,9941,11120025837

Probeta (P5)741,02110053840

c. Obtencin de los resultados despus del ensayo: Como se dijo anteriormente, se realizaron cinco ensayos mediante el programa TestXpert versin 12 y con la ayuda de la mquina para el ensayo de fatiga Zwick/Roell, pero solo se tom datos de cuatro de ellas:

Ensayo 1:Se obtuvo lo siguiente: DatosNrea (mm2)Nmero de ciclos (n)Momento (Nm)Esfuerzo ltimo (N/mm2)W (mm3)

Probeta 138,37772812,71379,2133,53

Ensayo 2:

Se obtuvo lo siguiente: DatosNrea (mm2)Nmero de ciclos (n)Momento (Nm)Esfuerzo ltimo (N/mm2)W (mm3)

Probeta 238,591674212,31363,9733,82

Ensayo 3:

Se obtuvo lo siguiente:

DatosNrea (mm2)Nmero de ciclos (n)Momento (Nm)Esfuerzo ltimo (N/mm2)W (mm3)

Probeta 339,152074511,82342,1234,55

Ensayo 4:

Se obtuvo lo siguiente: DatosNrea (mm2)Nmero de ciclos (n)Momento (Nm)Esfuerzo ltimo (N/mm2)W (mm3)

Probeta 438,372583711,28336,4633,53

Observaciones: Uno de mis compaeros apag la mquina Zwic/Roell antes de que el ordenador con el programa termine de tomar todos los datos, por lo que el ordenador segua tomando datos sin que la mquina para el ensayo este activo, pero al final no se alter los datos. La observacin anterior sirvi para no tomar en cuenta esos datos. El ensayo realizado que no se tom en cuenta fue realizado no con los pasos con precaucin por lo que adems sucedi lo mencionado en la primera observacin. Conclusiones:

Sobre los resultados obtenidos para los esfuerzos soportados por las probetas inciden tanto lascondiciones ambientales del laboratorio, el proceso llevado acabo para su fabricacin (condiciones tcnicas), y la eficiencia de la maquina utilizada para el ensayo. Los ciclos realizados por cada probeta en los ensayos es directamente proporcional al esfuerzo ltimo () es decir, mientras ms ciclos se realicen menor es el esfuerzo ltimo que presenta este. En el ensayo de fatiga el material o probeta est expuesto a varias fuerzas dinmicas, entre ellas las ms significativas son las de la carga aplicada y las que se presentan en los apoyos de la mquina, que son las que producen en conjunto la falla del material. La probeta 4 es la que tiene mayor resistencia a la fatiga por lo que soporta mayores ciclos de rpm activos.Bibliografa: Hibbeler R, Mecnica de Materiales. Tercera Edicin. Prentice-Hall Hispanoamericana SA. Mxico. Riley W, Mecnica de Materiales. Primera Edicin. Limusa Wiley. Mexico. Mott R. Resistencia de Materiales Aplicada. Tercera Edicin. Prectice-Hall Hispanoamericana SA. Mexico. Norton R, Diseo de Mquinas. Primera Edicin. Prentice-Hall Hispanoamericana S.A Mxico.