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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