Universidad Tecnológica de Panamá Faculta de Ingeniería Industrial Licenciatura en Ingeniería Mecánica Industrial

Universidad Tecnológica de Panamá

Faculta de Ingeniería Industrial

Licenciatura en Ingeniería Mecánica Industrial

[pic 1]

Nombre:

Daniel Concepción

Cédula: [pic 2]

8-875-1736

Tema:

Fatiga y el efecto de las imperfecciones

Materia:

Ciencias de los Materiales II

Profesor:

Gonzálo Córdoba

Fecha de entrega:

23 de noviembre de 2016

Introducción

Un componente se ve sometido a fatiga cuando soporta cargas alternadas: la rueda de un ferrocarril, la biela de un motor de explosión, entre otros, Pese a diseñarse estas piezas por debajo de su límite elástico, con un número suficiente de ciclos, las piezas se rompen. El 90% de las piezas que se rompen en servicio fallan debido a esta insidiosa patología. Esto lo descubre August Wöhler, hacia el año 1860, y propone unos límites a las tensiones de diseño en función del número de ciclos que se requieran para una pieza.

Es por ello que extendemos nuestro estudio más allá en lo que a fatiga se refiere ya que si se estudian elementos estructurales, elementos mecánicos entre otros siempre sabremos que estos se encuentran constantemente soportando cargas, ya sean estas dinámicas o estáticas, por ende siempre tendrán la tendencia a fallar por fatiga la cual es una de las cosas que menos se quiere, y se emplean estudios con el fin de corregir las mismas.

Esto sucede una vez aparece una microgrieta, que crece a medida que se realizan ciclos de carga hasta alcanzar un tamaño tal que la sección remanente es incapaz de soportar la carga máxima en el ciclo y finalmente el ligamento restante rompe de forma frágil o dúctil. A las formas de crecimiento lento de la grieta se les llama subcríticas, como lo es la fatiga.

El propósito básico de esta investigación es entender el efecto que poseen las imperfecciones o defectos en lo que a fatiga se refiere, ya que son estas una de las principales protagonistas cuando se hablan de propiedades mecánicas de materiales ya que están alteran el comportaiento en lo que a resistencia a la fatiga de un  material entendemos.

Índice

Pág.

1. La Fatiga (Definición)…………………………………………….……...07
2. Procesos de la fatiga…………………………………………………….07

II.I       Inicio (Nucleación: cómo se origina la fisura)………………...07

II.II      Propagación (Crecimiento de la fisura)……………………….10

II.III     Rotura……………………………………………………………..12

II.IV     Características de la superficie de fractura…………………...12

1. Superficie lisa………………………………………………..12
2. Superficie Rugosa…………………………………………..13

1. Caracterización de procesos……………………………………………13
2. Velocidad de propagación………………………………………………15
3. Cálculo de límite de fatiga………………………………………………16

• Coeficiente por acabado superficial, Ca……………......................17
• Coeficiente por tamaño, Cb…………………..................................18
• Coeficiente de confianza o seguridad funcional, Cc……………19
• Coeficiente por temperatura, Cd…………………………………….19
• Coeficiente de sensibilidad a la entalla, Ce……………………….20

1. Factores que intervienen………………………………………………..22

1. Diseño………………………………………………………………....22

2. Tratamientos superficiales………………………………………..…22

3. Endurecimiento superficial……………………………………….…22

4. Tensiones residuales………………………………………...……...23
5. Características direccionales del material………………………....23
6. Defectos internos……………………………………………….........23
7. Corrosión……………………………………………………………...23
8. Metalizado…………………………………………………………….23

1. Influencia del medio………………………………………………..……23

1. Fatiga térmica………………………………………………………...24
2. Fatiga por corrosión…………………………………………………24

1. Curvas S-N……………………………………………………………….24
2. Formas en las que se produce la falla por fatiga en los componentes mecánicos…………………………………………................................27
3. Imperfecciones…………………………………………………………. 29

X.I       Defectos puntuales o de dimensión cero…………………....29

X.II      Defectos lineales o de una dimensión llamados también     dislocaciones…………………………………………………………....30

X.III     Defectos de dos dimensiones……………………………...…30

1. Consideración de imperfecciones en el proceso de fatiga……...…31
2. Endurecimiento por trabajo (endurecimiento por deformación)…...34
3. Granos y límites de granos (imperfecciones en el metal)……….…35
4. Tamaño de grano……………………………………………………….36
5. Influencia de los límites de granos…………………………………...37
6. Fragilización de los límites de granos………………………………..38

Conclusiones……………………………………………………………………….40

Referencias Bibliográficas………………………………………………………...41

Índice de tablas y gráficas

Pág

Figura II.1.      Nucleación………………………………………………………...…08

Figura II.2.      Modelo mecánico, que ilustra el progresivo strain-hardering en un cristal débil………………………………………………………………………...09

...