Fatiga de ciclo alto

¿Qué es Fatiga de alto ciclo?

La prueba de fatiga de ciclos altos aplica una tensión repetida por debajo del límite elástico a una muestra y determina el número de ciclos hasta la falla. Repetido con diferentes amplitudes de tensión, esto produce la curva de ciclo de tensión (S-N). La carga suele estar controlada por el estrés.

Objetivo de Fatiga de alto ciclo

El objetivo es determinar la vida útil del material bajo cargas repetidas muy por debajo de la resistencia estática. Para piezas sujetas a muchos ciclos de baja amplitud, como los de vibración y rotación, el diseño se basa en estos datos.

¿A qué productos se aplica Fatiga de alto ciclo?

Piezas giratorias como cigüeñales, ejes y ejes.
Resortes y sujetadores
Componentes estructurales aeroespaciales
Detalles estructurales soldados
Piezas de suspensión para automóviles

¿En qué sectores se utiliza Fatiga de alto ciclo?

MetalAutomotorAeroespacialConstrucciónFabricación de maquinariaEnergía

Normas relacionadas con Fatiga de alto ciclo

ISO 1099 (materiales metálicos — ensayos de fatiga bajo control de fuerza axial)
ASTM E466 (ensayos de fatiga axial de amplitud constante)
ASTM E739 (análisis estadístico de datos de fatiga)
ISO 12107 (planificación estadística de datos de fatiga)

Condiciones de Fatiga de alto ciclo

Tipo de carga: Amplitud constante controlada por estrés.
Relación de tensión (R): De la especificación; Seleccionado como tensión-tensión o tensión-compresión.
Frecuencia: Seleccionado para no causar calentamiento en la muestra.
Terminación: Fractura o alcanzar el recuento de ciclos definido en la especificación (agotamiento)

Equipo para Fatiga de alto ciclo

Máquina de fatiga servohidráulica o por resonancia
Celda de carga y dispositivo de alineación
Sistema de contador de ciclos y adquisición de datos.
Equipo de monitoreo de temperatura de la muestra.
Microscopio estereoscópico para examen de la superficie de fracturas.

Requisitos de muestra para Fatiga de alto ciclo

La superficie de la muestra debe mecanizarse y pulirse según la norma; La rugosidad de la superficie afecta directamente a la vida.
La geometría de la muestra debe minimizar la concentración de tensiones.
Se requieren muchas muestras en múltiples niveles de tensión para la curva S-N.
Se deben registrar la ubicación y orientación del muestreo.
Para muestras soldadas, se debe informar la geometría de la soldadura y la condición de rectificado, si corresponde.

Duración de Fatiga de alto ciclo

La fatiga de ciclos altos es inherentemente larga: una sola muestra puede alcanzar millones de ciclos y tardar días. Junto con la cantidad de muestras necesarias para una curva S-N completa, el estudio dura semanas.

Procedimiento de Fatiga de alto ciclo

1Las muestras se mecanizan, se miden y se registra el estado de su superficie.
2Se comprueba la alineación de la máquina.
3Se establecen el nivel de tensión y la relación de tensión.
4La muestra se cicla a la frecuencia definida.
5Se registra el recuento de ciclos en el momento de la fractura; los especímenes que no se fracturan se marcan como agotados.
6La prueba se repite en diferentes niveles de estrés.
7La curva S-N se construye y evalúa estadísticamente.

Criterios de aceptación de Fatiga de alto 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 interpretan como una distribución, no individualmente; los datos de fatiga están inherentemente dispersos. En la evaluación se utilizan enfoques estadísticos como ASTM E739 y se deriva una curva de diseño para un nivel de confianza determinado.

Informe de Fatiga de alto 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 autorizaciones

Regulaciones 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 alto 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 alto ciclo

¿Cuál es la diferencia entre fatiga de ciclo alto y fatiga de ciclo bajo?

En la fatiga de ciclos elevados, la tensión permanece en la región elástica y la vida dura de cientos de miles a millones de ciclos; la prueba está controlada por el estrés. En la fatiga de ciclo bajo, domina la deformación plástica, la vida es mucho más corta y la prueba está controlada por la deformación.

¿Qué significa agotamiento?

Significa que la muestra alcanza el recuento de ciclos definido en la especificación sin fracturarse. Este no es un dato de falla y se trata por separado en la evaluación estadística.