¿Cómo puedo determinar y medir el límite de resistencia del acero?

La fatiga se define como el daño que se produce en un material debido a la aplicación repetitiva de cargas que pueden estar sustancialmente por debajo de su límite elástico. La mayoría de los materiales de ingeniería contienen defectos a nivel de microestructura. Estos defectos sirven como regiones de concentración de tensión, amplificando así la tensión aplicada y fomentando el inicio y la propagación de grietas por fatiga. (Obtenga más información en el artículo Los efectos de la concentración de tensión en la propagación de grietas).

El valor de la tensión por debajo del cual un material puede soportar un número infinito de ciclos de aplicación de carga repetidos sin fallar se conoce como límite de fatiga o límite de resistencia. En otras palabras, una vez que el material se somete a un valor de tensión que está por debajo del límite de resistencia, teóricamente debería ser capaz de soportar un número indefinido de ciclos repetitivos de esa carga específica. El límite de resistencia o fatiga no debe confundirse con la resistencia a la fatiga, que es el esfuerzo máximo que un material puede soportar durante un número determinado de ciclos de carga.

El límite de fatiga del acero se puede medir de varias maneras. Los especímenes generalmente se prueban utilizando varios tipos de máquinas de prueba de fatiga según el modo de fatiga y el tipo de carga que se considere. Una vez que la muestra se carga en el dispositivo de prueba, se somete a una tensión alterna específica y se prueba hasta fallar. La carga se reduce gradualmente hasta que la muestra es capaz de soportar un número suficientemente grande de ciclos (es decir, alrededor de 10⁷ a 10⁸) sin romper. Este valor de esta carga se denomina límite de resistencia.

Algunas de las máquinas más comunes utilizadas para determinar el límite de resistencia a la fatiga de los componentes de acero incluyen:

• Máquinas de ensayo axiales (de tensión directa): la muestra de ensayo se somete a una tensión o deformación axial alterna uniforme en toda su sección transversal.
• Máquinas de fatiga por flexión: este es el tipo más común de máquinas de fatiga. Las máquinas de fatiga por flexión se pueden clasificar en:
  • Máquinas de vigas en voladizo: una muestra cónica en voladizo (un extremo fijo y otro libre) se somete a una carga cíclica en el extremo libre, lo que resulta en una tensión y compresión alternas en las caras superior e inferior de la muestra. (Algunas formas de medir la compresión y otras fuerzas se examinan en el artículo 6 Pruebas para medir la resistencia de un material).
  • Máquinas de viga giratoria: se aplica una carga de dos puntos a una muestra giratoria simplemente apoyada. A medida que la muestra de prueba gira, la carga que actúa sobre la muestra induce tensiones de flexión fluctuantes. La prueba se repite con una carga gradualmente reducida hasta que se alcanza una condición en la que la muestra puede resistir grandes cantidades de esfuerzos cíclicos.
• Máquinas de prueba de fatiga torsional: las máquinas de prueba de fatiga torsional aplican una tensión de rotación alterna en el sentido de las agujas del reloj y en el sentido contrario a las agujas del reloj en la muestra. Al igual que con todas las pruebas de límite de resistencia, la tensión de rotación se reduce hasta que la muestra permanece intacta después de un número suficientemente grande de ciclos de carga.