¿Qué es Fatiga?
La prueba de fatiga es una prueba en la que se aplican tensiones repetidas por debajo de la resistencia estática a una muestra mientras se determina el número de ciclos hasta la falla. Los resultados se presentan como una curva estrés-ciclo (S-N).
Objetivo de Fatiga
El propósito es predecir la vida útil de las piezas que operan bajo cargas repetidas y determinar el límite de resistencia a la fatiga para el diseño.
¿A qué productos se aplica Fatiga?
- Ejes, ejes y componentes de transmisión.
- Resortes y sujetadores
- Uniones estructurales soldadas
- Componentes aeroespaciales y de automoción.
- Recipientes y tuberías a presión
¿En qué sectores se utiliza Fatiga?
Normas relacionadas con Fatiga
- ISO 1099
- ISO 1143
- ASTM E466
- ASTM E606
- ISO 12107
Condiciones de Fatiga
- Tipo de carga
- Tensión axial: compresión, flexión giratoria o torsión.
- Relación de estrés
- R = σmín/σmáx; definido en la especificación
- Frecuencia
- Elegido para evitar el calentamiento; normalmente de 5 a 100 Hz
- Terminación
- Fractura o alcanzar el número de ciclos definido (por ejemplo, 10⁷)
Equipo para Fatiga
- Máquina de fatiga servohidráulica o por resonancia
- Máquina de fatiga por rotación y flexión
- Contador de ciclos y apagado automático.
- Monitoreo de temperatura
Requisitos de muestra para Fatiga
- La superficie de la muestra debe mecanizarse hasta alcanzar la rugosidad definida en la norma.
- La superficie debe ser impecable si no se pretende ninguna muesca o discontinuidad.
- Se requieren muestras en múltiples niveles de tensión para una curva S-N
- Se recomiendan al menos tres ejemplares por nivel.
Duración de Fatiga
Esta es una prueba de larga duración. Una prueba de 10⁷ ciclos puede tardar desde varios días hasta varias semanas, según la frecuencia.
Procedimiento de Fatiga
- 1Se mecanizan las muestras y se miden sus dimensiones.
- 2Se determinan los niveles de tensión y la relación de tensión.
- 3La muestra se monta axialmente en la máquina.
- 4La carga repetida se inicia con la frecuencia definida.
- 5La carga continúa rompiéndose o terminando el ciclo.
- 6Se registra el número de ciclos para cada nivel y se traza la curva S-N.
Criterios de aceptación de Fatiga
El criterio de aceptación se da en la especificación como un número mínimo de ciclos a un nivel de tensión específico, o una resistencia mínima a la fatiga.
Evaluación de resultados
La curva S-N y la dispersión se evalúan juntas. La fractura en la empuñadura o en una discontinuidad puede invalidar el resultado; Se examina la superficie de la fractura para determinar el punto de inicio.
Informe de Fatiga
- Estándar aplicado y tipo de carga.
- Niveles de estrés y relación de estrés.
- Frecuencia y condiciones ambientales.
- Número de ciclos para cada muestra.
- Curva S-N y evaluación de la superficie de la fractura.
Acreditación
EUROLAB posee una acreditación reconocida internacionalmente obtenida de organismos de acreditación que forman parte de los acuerdos de reconocimiento multilateral de IAF e ILAC, según ISO/IEC 17025 para pruebas de laboratorio, ISO/IEC 17020 para inspección y vigilancia, e ISO/IEC 17021-1 e ISO/IEC 17065 para certificación de sistemas y productos. Esta cadena garantiza que los informes y certificados emitidos sean aceptados en todo el mundo.
La posibilidad de ofrecer esta prueba dentro del alcance acreditado depende de su producto y del estándar aplicado; Dado que la acreditación se basa en métodos, el alcance se confirma por escrito en la etapa de cotización.
Alcance y autorizacionesRegulaciones Relacionadas
- Especificaciones de componentes aeroespaciales y automotrices
- Normas de diseño de recipientes a presión.
Mekanik Testler — ¿Qué abarca este campo de ensayo?
La siguiente sección describe el campo al que pertenece el ensayo Fatiga; las condiciones y criterios de aceptación de este ensayo en particular figuran en las secciones anteriores. El alcance específico de su producto se confirma por escrito en la etapa de cotización.
Los ensayos mecánicos miden cómo se comporta un material o una pieza bajo fuerza. La familia abarca desde la carga estática (tracción, compresión, flexión) hasta el comportamiento dependiente del tiempo (fatiga, fluencia), y desde la dureza y el desgaste hasta la tenacidad a la fractura.
Lo que estos ensayos tienen en común es que el resultado se reporta como una PROPIEDAD DEL MATERIAL. El límite elástico o la dureza no son una decisión de conformidad; son datos numéricos con los que se comparará el diseño y la norma de producto. Por ello, los informes de ensayo mecánico suelen ser un dato de entrada para una decisión de ingeniería y no para una aprobación de producto — selección de material, coeficiente de seguridad, predicción de vida útil.
La distinción entre comportamiento estático y dinámico es la clave para entender el ámbito. Una pieza puede parecer completamente sin esfuerzo bajo carga estática y, sin embargo, romperse bajo carga repetida; la rotura por fatiga se produce a tensiones muy por debajo del límite elástico y no da aviso. Para piezas rotativas, vibrantes o sometidas a carga cíclica, un ensayo de tracción por sí solo no es, por tanto, una prueba suficiente.
Las condiciones de ensayo determinan el resultado, y esto es crítico para la legibilidad del informe: geometría de la probeta, velocidad de carga, temperatura, acondicionamiento y disposición de sujeción. El mismo material da valores distintos en condiciones distintas. En los plásticos el efecto de la velocidad es muy pronunciado, en los metales el efecto de la temperatura; en los compuestos la orientación de la probeta cambia por completo el resultado.
La dureza es la medición más mal utilizada en el ámbito. Al ser rápida, casi no destructiva y económica, se usa a menudo en lugar de la resistencia. Existen tablas de conversión de dureza a resistencia, pero son APROXIMADAS y dependen del grupo de materiales; usarlas como única evidencia en la aceptación de material es incorrecto.
El lado de la mecánica de fractura exige una competencia específica. Las mediciones de tenacidad a la fractura y de velocidad de crecimiento de grietas por fatiga permiten calcular cuánto durará una estructura agrietada; son la base del diseño tolerante al daño en ámbitos como equipos a presión, estructuras aeronáuticas y oleoductos.
Grupos de métodos en este campo
Ensayos estáticos
Tracción, compresión, flexión, cizallamiento y torsión. Se obtienen el límite elástico y la resistencia a la tracción, el alargamiento y el módulo de elasticidad.
Ensayos de impacto
Impacto con entalla Charpy e Izod; se determina el comportamiento de transición dúctil-frágil del material en función de la temperatura.
Dureza
Brinell, Vickers, Rockwell, Shore y microdureza. Valioso para la profundidad del tratamiento superficial y las diferencias locales de resistencia.
Fatiga
Fatiga axial controlada por fuerza y deformación, fatiga en flexión; curvas S-N y límite de fatiga.
Fluencia y relajación de tensiones
Comportamiento bajo carga a largo plazo a alta temperatura; determinante para materiales de calderas, turbinas y equipos a presión.
Mecánica de fractura
Tenacidad a la fractura en deformación plana, integral J, CTOD y velocidad de crecimiento de grietas por fatiga.
Desgaste y fricción
Abrasión Taber y tambor giratorio, mediciones del coeficiente de fricción.
Confusiones frecuentes en este campo
- Calcular la resistencia a partir de la dureza es aproximado; no puede usarse como única evidencia en la aceptación de material.
- Una resistencia estática adecuada no demuestra la resistencia a la fatiga; una pieza sometida a carga cíclica requiere un ensayo aparte.
- Si no se registran la velocidad y la temperatura del ensayo, el resultado no es comparable, especialmente en polímeros y compuestos.
- Una probeta de ensayo y la pieza real pueden no dar el mismo valor; la orientación de moldeo, las líneas de soldadura y las diferencias de tratamiento superficial influyen.
- Un valor de resistencia dado para un compuesto sin indicar la orientación de la probeta carece de sentido.
- Los equivalentes ASTM e ISO miden la misma magnitud pero usan geometrías de probeta distintas; los resultados no se consideran directamente equivalentes.
Qué decisiones respaldan estos resultados
- Verificación del diseño y selección de materiales
- Control de materiales entrantes y aprobación de proveedor
- Cumplimiento de los requisitos mecánicos de la norma de producto
- Análisis de fallos, predicción de vida útil y cálculo de tolerancia al daño
- Verificación de los procesos de tratamiento térmico y superficial
Pruebas relacionadas
Preguntas frecuentes sobre Fatiga
¿Cuánto dura la prueba de fatiga?
Depende del número objetivo de ciclos y de la frecuencia. Las pruebas de ciclo alto (10⁷) pueden tardar semanas; Por lo tanto, la programación se aclara en la etapa de cotización.