domingo, 8 de noviembre de 2015

Fatiga en cerámicos y polímeros

Fatiga en cerámicos
Las curvas S-N para cerámicos se encuentran disponibles pero son muy raras. La histéresis de esfuerzos no se presenta debido a la falta de plasticidad. El término fatiga cíclica en cerámicos básicamente se refiere a la propagación de la grieta de fatiga, da/dn. El método de ensayo para la propagación de grietas de fatiga en cerámicos es muy similar al utilizado en metales, excepto que la generación de la pregrieta es muy difícil.


Curvas típicas se presentan en la siguiente imagen, como se ve rememoran el comportamiento de corrosión fatiga en los metales.




En los metales el deslizamiento es la base para la fatiga; sin embargo, los enlaces fuertes y la fragilidad restringen el movimiento de las dislocaciones (deslizamiento) para la iniciación de la grieta de fatiga en cerámicos; por lo que existe la percepción de que los cerámicos no presentan verdaderos efectos de fatiga cíclica, sino que son efectos de crecimiento de grieta inducido por el ambiente bajo carga sostenida. Sin embargo estudios ha mostrado evidencia concluyente acerca de crecimiento de grietas bajo cargas cíclicas.

Fatiga en Polímeros
El enfoque tradicional aplicado en metales puede ser aplicado a los polímeros. Sin embargo, los polímeros tienen una complicación significativa en términos del calentamiento y posterior ablandamiento. La temperatura de un cuerpo polimeríco incrementará durante un ensayo de fatiga, por lo tanto los polímeros son altamente suceptibles a los efectos de la frecuencia; a mayor frecuencia de la carga menor el límite de fatiga. Para un nivel de esfuerzo dado la vida a fatiga decrece con el incremento de la frecuencia de los ciclos, debido a un mayor calentamiento. El tamaño de la pieza también contribuye al calentamiento, por ejemplo en dos barras circulares de la misma longitud con diferente diámetro, la de mayor diámetro experimentará una mayor temperatura debido a que la relación superficie-volumen es menor. Mayores esfuerzos también generan un mayor calentamiento.

En los polímeros la resistencia a la fatiga se ve afectada por el entorno (incluyendo la temperatura), el peso molecular, la densidad, y el envejecimiento. Adicionalmente, para los cristales de polímero, la resistencia a la fatiga aumenta con el aumento de la cristalinidad, por lo tanto las curvas S-N que no tengan en cuenta estas condiciones no deben usarse sin tener en consideración estos factores. De manera similar a los metales los polímeros pueden o no exhibir un límite de fatiga, en metales se atribuye a la estructura cristalina en polímeros las razones no se conoce.


Los polímeros muestran un comportamiento da/dn vs ΔK similar al observado en los metales. También presentan el mismo efecto de la frecuencia que los metales, a mayor frecuencia de la carga aplicada, más lento es el crecimiento de la grieta de fatiga. Este comportamiento es directamente opuesto al comportamiento en la curva S-N discutido previamente. Una posible razón es que el incremento de la temperatura se concentra en la punta de la grieta. El material alrededor de la punta de la grieta ayuda a disipar el calor.

En cuanto al esfuerzo medio algunos polímeros se comportan similar a los metales, esto es a mayor esfuerzo medio mayor velocidad de crecimiento de grieta, otros exhiben el comportamiento opuesto.
La apariencia de la estrías de fatiga en polímeros es similar a la de los metales, con una pequeña excepción. Fractografías realizadas con microscopio electrónico en polimetilacrilato PMMA y otros polímeros muestran que las estrías contienen estructuras lineales finas perpendiculares a las estrías. Estas líneas son evidencia del desgarro del material durante el proceso de formación de estrías. Los polímeros presentan un fenómeno denominado crazing, una craze origina una grieta y en la fractura se observan bandas que corresponden a varios ciclos, esto es mientras crece el craze la punta de la grieta se mantiene en su posición hasta que el craze crece lo suficiente para generar una nueva punta de grieta.


Referencia
Campbell, F. C. (Ed.). (2012). Fatigue and fracture: understanding the basics. ASM International.



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