Los esfuerzos cíclicos o repetitivos sobre componentes metálicos, y en especial en el acero, provocan roturas a tensiones mucho menores que aquellas que se podían esperar al aplicar un único esfuerzo estático. Este tipo de fallos se conocen como fallos por fatiga. La historia de la fatiga en los materiales viene ligada al desarrollo de la máquina de vapor de Watt, inicio de la Revolución Industrial.
Para conocer el comportamiento de los metales a la fatiga, se somete una probeta a esfuerzos cíclicos hasta rotura y se representa dicho ensayo en una curva S–N, también llamada curva de Wöhler. En dicha curva S es la tensión y N el logaritmo del número de ciclos hasta la rotura. En estas curvas (Figura 1), en determinados metales como el acero, la curva S-N se estabiliza a partir de un valor de tensión determinado. A este límite se denomina límite de fatiga o resistencia a la fatiga y se alcanza para valores de N entre 106 y 1010 ciclos.
Muchas aleaciones férreas presentan un límite de fatiga de, aproximadamente, la mitad de su resistencia a tracción, mientras que aleaciones no férreas como las de aluminio, suele decirse que no presentan límite de fatiga y su resistencia a la fatiga es del orden de un tercio de la resistencia a tracción.
Sin embargo, lo que ahora nos interesa es conocer qué factores son los que más afectan a la resistencia a la fatiga de los metales, y en particular, de los aceros. Es evidente que la composición química del metal influye, pero hay otros factores que hay que tener muy en cuenta:
- Concentración de tensiones: Las entallas, orificios, hendiduras o cambios bruscos en la sección transversal disminuyen fuertemente la resistencia a la fatiga. Se deben realizar diseños que eviten esta concentración de tensiones.
- Rugosidad superficial: Un acabado liso del acabado superficial de la probeta incrementa la resistencia a la fatiga. Contrariamente, las superficies rugosas provocan concentración de tensiones.
- Estado superficial: La mayor parte de los fallos por fatiga se originan en la superficie del metal, por lo que tratamientos de endurecimiento superficial, que endurecen la superficie, mejoran la resistencia a fatiga. En cambio, la descarbonatación, que ablanda la superficie de un acero tratado térmicamente, disminuye dicha resistencia.
- Medio ambiente: Un ambiente corrosivo acelera la velocidad en la que se propaga la fisura por fatiga. A este fenómeno se le denomina corrosión por fatiga.
Os dejo a continuación un vídeo donde se muestra un ensayo a fatiga del acero.
En este otro vídeo se explica el ensayo a fatiga.
Os dejo a continuación una publicación de ITEA (Instituto Técnico de la Estructura en Acero) que trata del diseño para la fatiga.
Referencias:
SMITH, W.F. (2004). Ciencia e Ingeniería de Materiales. 3ª edición, McGraw Hill, 570 pp.
Esta obra está bajo una licencia de Creative Commons Reconocimiento-NoComercial-SinObraDerivada 4.0 Internacional.