FATIGA en los MATERIALES 😁

Ingeniosos

15 Jan 202304:15

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

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🔍 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

La fatiga es el fenómeno por el cual los materiales fallan bajo cargas dinámicas cíclicas, incluso si estas cargas son inferiores a las que causan el fallo estático. Se relaciona con el tema central del video, ya que se describe cómo este proceso conduce al fallo de las piezas a pesar de no superar la tensión de rotura estática. En el script, se menciona la fatiga como el motivo del fallo de una barra sometida a esfuerzos cíclicos.

💡Esfuerzo

El esfuerzo es la fuerza aplicada sobre un material o pieza, que puede ser de tracción o flexión. Es fundamental para entender la fatiga, ya que el video discute cómo los esfuerzos cíclicos pueden llevar a la rotura de una pieza. En el script, se habla de un esfuerzo de tracción constante aplicado a una barra como ejemplo inicial.

💡Grieta

Una grieta es una fisura o rendija en una superficie. En el contexto del video, la formación y propagación de grietas son cruciales para el proceso de fatiga, ya que son el punto de inicio del fallo en el material. El script describe cómo las grietas crecen con los ciclos de carga hasta alcanzar una longitud crítica.

💡Carga dinámica y cíclica

Una carga dinámica y cíclica es aquella que varía con el tiempo dentro de un rango, sin superar la tensión de rotura del material. Este concepto es esencial para el video, ya que el fenómeno de la fatiga ocurre bajo tales condiciones. El script lo menciona para contrastar con las cargas estáticas y explicar la diferencia en el comportamiento del material.

💡Ensayo de fatiga

El ensayo de fatiga es un tipo de prueba que somete una muestra del material a un esfuerzo variable durante un número elevado de ciclos para observar su resistencia al fallo por fatiga. Es un método clave para entender el comportamiento del material bajo condiciones cíclicas y es central en el video para demostrar cómo se estudia la fatiga. En el script, se describe cómo se realiza el ensayo y sus dos formas principales: tracción variable y flexión variable.

💡Curva S-N

La curva S-N, también conocida como curva de vida útil, es un gráfico que representa la relación entre el número de ciclos de carga que un material puede soportar antes de fallar y la amplitud de la tensión. Es crucial para el video, ya que permite visualizar y predecir la duración de una pieza bajo diferentes niveles de tensión. El script la menciona al explicar cómo se obtiene a partir de los resultados de los ensayos de fatiga.

💡Tensión de rotura

La tensión de rotura es la máxima cantidad de tensión que un material puede soportar antes de romperse. Es relevante en el video al comparar con el fenómeno de la fatiga, donde se muestra que las piezas pueden fallar por debajo de este valor. El script lo utiliza para contrastar con el fallo por fatiga bajo cargas cíclicas.

💡Playas de fatiga

Las playas de fatiga son marcas visibles en una pieza fracturada que indican cómo ha ido creciendo la grieta hasta el momento del fallo. Son importantes para el video, ya que son una manifestación física del proceso de fatiga. El script las menciona al describir cómo los fallos por fatiga son detectables a simple vista.

💡Endurecimiento superficial

El endurecimiento superficial es un tratamiento que se aplica a una pieza para aumentar su resistencia a la fatiga, mejorando su superficie y reduciendo su rugosidad. Es una solución mencionada en el video para alargar la vida útil de las piezas y prevenir el fallo por fatiga. En el script, se sugiere como una práctica para mejorar la resistencia del material.

💡Rugosidad

La rugosidad se refiere a la irregularidad de la superficie de una pieza. En el video, se destaca como un factor que puede influir en la fatiga, ya que una superficie más suave puede reducir la concentración de tensiones y, por lo tanto, la probabilidad de formación de grietas. El script lo menciona al discutir cómo mejorar la superficie para prevenir la fatiga.

💡Límite de fatiga

El límite de fatiga es el nivel de tensión inferior al cual un material no fallará por fatiga, independientemente del número de ciclos. Es un concepto importante en el video para diferenciar el comportamiento de los materiales ferrosos y no ferrosos. En el script, se menciona que los materiales como el acero tienen un límite de fatiga, mientras que otros materiales como el aluminio no lo tienen.

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.