FATIGA en los MATERIALES 😁
Summary
TLDREl script del video aborda el fenómeno de la fatiga en materiales, que es la causa de la rotura de piezas sometidas a esfuerzos cíclicos y dinámicos a lo largo del tiempo. Se explica que, aunque la carga no alcanza la tensión de rotura estática, la pieza puede fallar debido a la formación y propagación de grietas. El proceso de fatiga se divide en tres etapas: aparición de grietas, crecimiento y fractura. Los fallos por fatiga son detectables y se caracterizan por las marcas llamadas playas de fatiga. Para evaluar la resistencia de un material a la fatiga, se realizan ensayos de fatiga, que consisten en someter una muestra a ciclos de esfuerzo variable y contar el número de ciclos hasta la rotura. La gráfica S-N de fatiga muestra la relación entre el número de ciclos y la amplitud de la tensión, permitiendo determinar la duración de la vida útil de una pieza en diferentes condiciones de tensión. Se destaca que la reducción de la tensión puede prolongar significativamente la vida útil, mientras que un aumento mínimo en la tensión puede acortarla drásticamente. Para prevenir la fatiga, se sugiere mejorar la superficie de las piezas mediante pulidos y tratamientos de endurecimiento, así como evitar la oxidación.
Takeaways
- 🔩 La fatiga es un fenómeno que causa la rotura de materiales sometidos a esfuerzos cíclicos y variables en el tiempo.
- 📉 Un material puede fallar por fatiga incluso si la carga aplicada nunca supera su tensión de rotura estática.
- 🚫 El fallo por fatiga sucede debido a la formación y propagación de grietas en la superficie del material.
- 🔍 Los fallos por fatiga son detectables a simple vista, mostrando marcas llamadas playas de fatiga.
- 🧪 Para entender el comportamiento de un material frente a la fatiga, se realiza un ensayo de fatiga con ciclos de esfuerzo variable.
- ⚙️ Los ensayos de fatiga pueden ser de tracción variable o flexión variable, cambiando el estado de las fibras entre tracción y compresión.
- 📈 La curva S-N de fatiga muestra la relación entre el número de ciclos de carga y la amplitud de la tensión.
- 🎚️ La curva S-N permite determinar la duración que puede soportar una pieza para cada nivel de tensión.
- 🛑 Los materiales ferrosos tienen un límite de fatiga, mientras que los no ferrosos no presentan este límite y la curva de vida útil disminuye continuamente.
- ⬇️ Reducir la tensión aplicada puede significativamente aumentar la vida útil de una pieza.
- ⬆️ Un aumento mínimo en la tensión puede acortar drásticamente la vida útil de la pieza.
- 🛠️ Mejorar la superficie del material, como mediante pulido y tratamientos de endurecimiento superficial, ayuda a prevenir la fatiga.
Q & A
¿Qué es la fatiga en los materiales y cómo afecta a las piezas?
-La fatiga en los materiales es el proceso por el cual una pieza se rompe bajo cargas dinámicas cíclicas que nunca superan la tensión de rotura estática. Afecta a las piezas al causar la formación y propagación de grietas en la superficie, lo que eventualmente lleva a su fallo.
¿Cómo se produce el fallo por fatiga en los materiales?
-El fallo por fatiga se produce en tres etapas: 1) Aparición de una pequeña grieta en una posición de la superficie donde se favorece la concentración de tensiones. 2) El crecimiento lento y luego rápido de la grieta a lo largo de los ciclos de carga. 3) La fractura ocurre una vez que la grieta alcanza una longitud crítica.
¿Por qué los fallos por fatiga son detectables a simple vista?
-Los fallos por fatiga son detectables a simple vista porque se pueden observar marcas llamadas playas de fatiga en la zona de rotura de la pieza, que indican cómo ha evolucionado la longitud de la grieta.
¿Cómo se realiza un ensayo de fatiga para conocer el comportamiento del material?
-Un ensayo de fatiga se realiza sometiendo una pruebita del material a un esfuerzo variable durante un número elevado de ciclos. Esto se puede hacer mediante un esfuerzo de tracción variable o un esfuerzo de flexión variable, y el objetivo es contar el número de ciclos hasta que la pieza rompe.
¿Cómo se representa gráficamente el resultado de un ensayo de fatiga?
-Los resultados de un ensayo de fatiga se representan gráficamente mediante una curva S-N de fatiga. El eje x muestra el número de ciclos en una escala logarítmica, y el eje y muestra la amplitud de la tensión. Ajustando una curva a los puntos experimentales, se puede conocer cuántos ciclos aguantará una pieza para cada tensión aplicada.
¿Cómo varía la curva S-N de fatiga para los materiales ferrosos y no ferrosos?
-Para los materiales ferrosos, como los aceros, la curva S-N se vuelve horizontal para un número muy elevado de ciclos, indicando un límite de fatiga por debajo del cual la pieza nunca fallará. Para los materiales no ferrosos, como el aluminio, no existe este límite y la curva decrece continuamente.
¿Qué conclusión se puede obtener de la curva S-N de fatiga?
-La curva S-N de fatiga muestra que reducir levemente la tensión aplicada permite que la pieza aguante mucho más tiempo, mientras que un leve incremento de la tensión acortará drásticamente su vida útil.
¿Cómo se puede mejorar la resistencia de una pieza a la fatiga?
-Para mejorar la resistencia a la fatiga, es importante mejorar la superficie de la pieza mediante pulidos para reducir su rugosidad y aplicar tratamientos que produzcan un endurecimiento superficial. Además, evitar la oxidación también es crucial.
¿Cuál es el objetivo principal de realizar ensayos de fatiga en un rango de tensión diferente?
-El objetivo principal es obtener una curva S-N de fatiga que permita determinar la relación entre el número de ciclos de carga que una pieza puede soportar y la amplitud de la tensión aplicada, lo que a su vez permite prever la vida útil de la pieza en diferentes condiciones de trabajo.
¿Por qué es importante estudiar la fatiga en los materiales en aplicaciones donde se aplican esfuerzos variables y cíclicos en el tiempo?
-Es importante porque muchos componentes en aplicaciones mecánicas están sujetos a esfuerzos cíclicos, y el estudio de la fatiga permite prevenir fallos por rotura inesperados, mejorando así la seguridad y la fiabilidad de los sistemas mecánicos.
¿Cómo se define la tensión de rotura del material en el contexto de la fatiga?
-La tensión de rotura del material en el contexto de la fatiga se refiere a la tensión máxima que el material puede soportar sin romperse bajo condiciones estáticas, y es el límite inferior por debajo del cual la pieza nunca fallará por fatiga si se aplican tensiones constantes.
¿Qué son las playas de fatiga y cómo se relacionan con el proceso de rotura por fatiga?
-Las playas de fatiga son marcas visibles en la superficie de una pieza fracturada que indican la progresión de la grieta hasta el momento de la rotura. Son una característica distintiva de los fallos por fatiga y proporcionan información sobre cómo la grieta ha crecido con los ciclos de carga.
¿Cómo afecta la rugosidad superficial en la fatiga de una pieza?
-La rugosidad superficial puede aumentar la concentración de tensiones en ciertas áreas, lo que promueve la formación y el crecimiento de grietas, aumentando así la probabilidad de rotura por fatiga. Por ello, la mejora de la superficie mediante pulidos es una práctica común para reducir la fatiga.
Outlines
🔍 Introducción al Fatiga en Materiales
Este primer párrafo introduce el concepto de fatiga en materiales, describiendo cómo los materiales pueden fallar debido a esfuerzos variables y cíclicos en el tiempo. Se utiliza como ejemplo una barra sometida a tracción constante, y se menciona que la rotura ocurre cuando la fuerza supera la máxima tensión que el material puede soportar. Se destaca que la fatiga se produce incluso si la carga no llega a la tensión de rotura estática, debido a la formación y propagación de grietas en la superficie del material.
🧐 Proceso de Falla por Fatiga
En este párrafo se explica el proceso de falla por fatiga, que consta de tres etapas: la aparición de una grieta en una posición de la superficie propicia, el crecimiento de la grieta a lo largo de los ciclos de carga, y la fractura cuando la grieta alcanza una longitud crítica. Se mencionan las playas de fatiga, marcas visibles en la zona de rotura que indican la evolución de la grieta. Además, se destaca la importancia de realizar ensayos de fatiga para conocer el comportamiento del material bajo esfuerzos variables y para determinar el número de ciclos que una pieza puede soportar antes de romperse.
📈 Curva S-N y Ensayos de Fatiga
Este párrafo profundiza en los ensayos de fatiga, que pueden ser de tracción variable o flexión variable. Se describe el ensayo de flexión rotativa y cómo las fibras de la pieza cambian entre estados de tracción y compresión. El objetivo es contar el número de ciclos hasta la rotura para distintos rangos de tensión, lo que permite obtener la curva S-N de fatiga. Esta curva logaritímica muestra el número de ciclos en el eje x y la amplitud de la tensión en el eje y, y permite determinar la vida útil de una pieza para cada tensión aplicada.
🛠️ Estrategias para Prevenir la Fatiga
Finalmente, se discuten las estrategias para prevenir o al menos alargar la vida útil de las piezas frente a la fatiga. Se enfatiza la importancia de mejorar la calidad superficial del material mediante pulidos y tratamientos de endurecimiento superficial. También se menciona la necesidad de evitar la oxidación, un tema que se abordará en un próximo vídeo. El párrafo concluye con un agradecimiento y un recordatorio sobre la importancia del aprendizaje continuo.
Mindmap
Keywords
💡Fatiga
💡Esfuerzo
💡Grieta
💡Carga dinámica y cíclica
💡Ensayo de fatiga
💡Curva S-N
💡Tensión de rotura
💡Playas de fatiga
💡Endurecimiento superficial
💡Rugosidad
💡Límite de fatiga
Highlights
Las piezas en aplicaciones pueden fallar por fatiga debido a esfuerzos variables y cíclicos en el tiempo.
El vídeo explica el fenómeno de la fatiga en materiales, su análisis y cómo evitarlo.
Un ejemplo dado es una barra sometida a un esfuerzo de tracción constante, que se deforma según la carga aplicada.
La rotura de una pieza ocurre cuando la fuerza supera la máxima tensión soportable del material.
El análisis de la tracción se realiza bajo condiciones estáticas.
Carga dinámica y cíclica varía con el tiempo y puede causar la rotura de la pieza sin superar la tensión de rotura.
El fallo por fatiga sucede bajo cargas dinámicas cíclicas inferiores a las que causan fallo estático.
El fallo por fatiga se debe a la formación y propagación de grietas en tres etapas.
Las fallas por fatiga son detectables visualmente en la zona de rotura de la pieza.
Las playas de fatiga son marcas que indican la evolución de la longitud de la grieta.
Para conocer el comportamiento del material, se realiza un ensayo de fatiga con esfuerzos variables durante múltiples ciclos.
Los ensayos de fatiga pueden ser de tracción variable o flexión variable.
El ensayo de flexión rotativa implica una transición de tracción a compresión en las fibras de la pieza.
El objetivo es contar el número de ciclos hasta que la pieza rompe para distintos rangos de tensión.
La gráfica S-N de fatiga muestra el número de ciclos que una pieza puede soportar para cada tensión aplicada.
Para materiales ferrosos, existe un límite de fatiga por debajo del cual la pieza nunca falla por fatiga.
Materiales no ferrosos, como el aluminio, no presentan un límite de fatiga y la curva de S-N decrece continuamente.
Reducir la tensión aplicada puede aumentar significativamente la vida útil de la pieza.
Un aumento leve en la tensión puede acortar drásticamente la vida útil de la pieza.
Para evitar la fatiga, es fundamental mejorar la superficie de la pieza mediante pulidos y tratamientos de endurecimiento.
Evitar la oxidación es también crucial para prevenir la fatiga en los materiales.
Transcripts
En una gran cantidad de aplicaciones, las piezas están sometidas a esfuerzos
variables y cíclicos en el tiempo que pueden ocasionar que los materiales fallen por fatiga.
En este vídeo te enseño en qué consiste este fenómeno, como analizarlo y como evitarlo.
Pongamos como ejemplo una barra que estiramos de los dos extremos, es decir,
se le aplica un esfuerzo de tracción constante. Como sabemos, la barra se deformará en función
de la magnitud de la carga aplicada. Habrá un valor de fuerza que ocasionará la rotura de
la pieza al superar la máxima tensión que el material puede soportar. Todo este análisis
se realiza bajo condiciones estáticas y podéis obtener más información en un par
de vídeos sobre la tracción que hay por el canal. ¿Pero qué ocurre si la carga aplicada varía con el tiempo?
En este caso tenemos una carga dinámica y cíclica, que varía dentro de un rango, pero nunca
llega a superar la tensión de rotura del material. Sin embargo, con el tiempo la pieza se rompe.
Es decir, falla para un valor de fuerza inferior al de las condiciones estáticas.
A este fenómeno se le conoce como fatiga en los materiales, que produce el fallo del material
bajo cargas dinámicas cíclicas inferiores a aquellas que producen el fallo estático.
El fallo por fatiga se produce debido a la formación y propagación de grietas, en un
proceso que tiene tres etapas. En una posición de la superficie de la pieza, donde se produzca
algún fenómeno que favorezca la concentración de tensiones, aparecerá una pequeña grieta.
Con el paso del tiempo y los ciclos de carga, la grieta crecerá, primero lentamente y después
más rápido hasta alcanzar una longitud crítica de grieta. En ese instante la fractura ocurre.
Lo curioso es que los fallos por fatiga son detectables a simple vista mirando
la zona por donde ha roto la pieza. Se pueden observar unas marcas llamadas playas de fatiga,
que indican cómo ha ido evolucionando la longitud de la grieta, seguida de la zona de fractura.
Para conocer el comportamiento del material es necesario realizar un ensayo de fatiga, sometiendo a una
probeta del material a un esfuerzo variable durante un número elevado de ciclos.
Esto puede llevarse a cabo principalmente de dos maneras,
sometiendo la pieza a un esfuerzo de tracción variable o a un esfuerzo de flexión variable.
En el ensayo de flexión rotativa, ya que las fibras de la pieza pasen de estar traccionadas
a estar comprimidas con cada ciclo. El objetivo de ambos ensayos es el mismo,
contar el número de ciclos que transcurren hasta que la pieza rompe. Este test se repite
para distintos rangos de tensión, obteniendo la gráfica siguiente.
El eje x muestra el número de ciclos y como se trata de números muy grandes
se utiliza una escala logaritímica. En el eje y tenemos la amplitud de la tensión.
Ajustando una curva a estos puntos experimentales se obtiene la famosa curva S-N de fatiga. De este
modo, se puede conocer cuántos ciclos aguantará una pieza para cada tensión aplicada, es decir,
sabemos cuánto tiempo puede trabajar en esas condiciones.
De manera general, esta curva tiene dos variantes. Para los materiales ferrosos, como los aceros,
la curva se vuelve horizontal para un número muy elevado de ciclos. Se dice que este es el límite
de fatiga. La pieza nunca fallará por fatiga si se aplican tensiones inferiores a este límite.
Sin embargo, para los materiales no ferrosos, como el aluminio, este
límite no aparece, y la curva siempre decrece. A partir de esta curva se obtiene una conclusión
muy importante. Reducir levemente la tensión aplicada permite que la pieza aguante muchísimo
más tiempo. Sin embargo, un leve incremento de la tensión acortará drásticamente su vida útil.
Y ahora que ya sabemos por qué se produce este fenómeno, ¿qué se puede hacer para evitarlo
al menos alargar la vida útil de las piezas? Dado que la fatiga se inicia con la aparición
de una grieta en la superficie, es muy importante mejorar es aspecto superficial, lo que se consigue
con pulidos, reduciendo su rugosidad. Aplicar tratamientos que produzcan un endurecimiento de
la superficie también ayudará a reducir la fatiga. Y por supuesto, hay que evitar la oxidación,
aunque de eso ya hablamos en el siguiente vídeo, ¡no te lo pierdas! Gracias por elegir
el canal para aprender y recordad: en el saber, nunca cabe la saciedad. Hasta otra¡¡
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