¿Qué es Fatiga de bajo ciclo?
En la prueba de fatiga de ciclo bajo, se aplica a la muestra una carga repetida controlada por deformación que involucra deformación plástica. El bucle tensión-deformación (histéresis) se registra en cada ciclo. La vida suele ser del orden de decenas de miles de ciclos o menos.
Objetivo de Fatiga de bajo ciclo
El propósito es determinar el comportamiento del material bajo cargas repetidas en la región plástica (endurecimiento o ablandamiento cíclico) y su vida. Se utiliza para piezas sometidas a una pequeña cantidad de ciclos de carga severos, como ciclos térmicos, ciclos de despegue-aterrizaje y ciclos de carga pesada.
¿A qué productos se aplica Fatiga de bajo ciclo?
- Discos y palas de turbina.
- Conexiones de tuberías y recipientes a presión
- Componentes del motor
- Equipos para centrales nucleares y de energía.
- Detalles estructurales soldados
¿En qué sectores se utiliza Fatiga de bajo ciclo?
Normas relacionadas con Fatiga de bajo ciclo
- ISO 12106 (materiales metálicos — ensayo de fatiga controlada por deformación axial)
- ASTM E606 (prueba de fatiga controlada por deformación)
- ASTM E2207 (fatiga axial-torsional)
- ISO 12111 (fatiga termomecánica controlada por deformación)
Condiciones de Fatiga de bajo ciclo
- Control
- Amplitud de deformación total controlada
- Relación de deformación
- De la especificación; generalmente completamente invertido
- Forma de onda y velocidad
- Definido en la norma; indicado por separado si se aplican efectos de temperatura
- Cantidades medidas
- Bucles de histéresis, respuesta cíclica al estrés, ciclos hasta el fallo.
Equipo para Fatiga de bajo ciclo
- Sistema de prueba servohidráulico de circuito cerrado
- Extensómetro de alta resolución
- Horno de calentamiento o sistema de inducción (para pruebas en caliente)
- Sistema de adquisición de datos de alta velocidad.
- Dispositivo de verificación de alineación
Requisitos de muestra para Fatiga de bajo ciclo
- La geometría de la muestra y la calidad de la superficie deben cumplir con la norma.
- Se debe elegir un diseño de muestra que evite el pandeo en compresión.
- Hay que tener cuidado de que los filos de las cuchillas del extensómetro no dejen marcas en la muestra.
- Se necesita una muestra separada para cada nivel de deformación.
- En pruebas en caliente, la temperatura de la muestra debe medirse directamente sobre la muestra.
Duración de Fatiga de bajo ciclo
Debido a que la vida es corta, la prueba de un solo espécimen dura del orden de horas. Dado que se necesitan muchas muestras con diferentes niveles de deformación, el estudio general dura días; Los tiempos de calentamiento se suman a esto a alta temperatura.
Procedimiento de Fatiga de bajo ciclo
- 1La muestra se mecaniza, se mide y se monta alineada en la máquina.
- 2El extensómetro se coloca sobre la longitud calibrada de la muestra.
- 3Se establecen la amplitud de la deformación y la forma de onda.
- 4Se inicia la carga cíclica y se registran los bucles de histéresis.
- 5Se monitorea el cambio en la respuesta al estrés cíclico.
- 6La prueba finaliza con la caída de carga o rotura definida.
- 7Se derivan la curva tensión-deformación cíclica y los datos de vida.
Criterios de aceptación de Fatiga de bajo ciclo
El método estándar define cómo se realiza la prueba, no cuál debe ser el resultado. El límite de aceptación proviene del estándar del material, de la especificación del producto o del dibujo técnico del cliente; Por lo tanto, esta página no ofrece ningún límite numérico.
Evaluación de resultados
Los resultados se evalúan como la relación amplitud-vida de la deformación y generalmente se modelan separando componentes elásticos y plásticos. El comportamiento de endurecimiento o ablandamiento cíclico se informa por separado y se utiliza directamente en los cálculos de diseño.
Informe de Fatiga de bajo ciclo
- Identificación de la muestra, tipo de material y número de molde/lote, si corresponde
- Geometría, dimensiones y método de preparación de la muestra.
- Condiciones estándar y de prueba aplicadas.
- Temperatura de prueba y condiciones ambientales.
- Valores medidos y cantidades calculadas.
- Fotografías de la superficie de la fractura o de la indentación (cuando corresponda)
- Incertidumbre de medición (si se solicita)
- Una declaración de que el resultado se aplica únicamente a la muestra enviada para la prueba.
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
- EN 10204 (documentos de inspección para productos metálicos)
- Reglamento UE 305/2011 sobre Productos de Construcción (para productos utilizados en la construcción)
- Normas armonizadas aplicadas según la familia de productos.
Mekanik Testler — ¿Qué abarca este campo de ensayo?
La siguiente sección describe el campo al que pertenece el ensayo Fatiga de bajo ciclo; 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 de bajo ciclo
¿Por qué se controla la tensión?
Cuando domina la deformación plástica, la carga controlada por tensión provoca un alargamiento acumulativo en la muestra y la prueba se vuelve descontrolada. El control de tensión mantiene el ciclo estable.
¿Se puede combinar el resultado con datos de ciclo alto?
Los dos regímenes se basan en mecanismos diferentes, pero existen modelos de vida que utilizan ambos juntos en el diseño. Combinarlos requiere que ambos regímenes hayan sido medidos con sus respectivos métodos.