The effect of high-frequencies loading on the fatigue cracking of nodular cast iron

Efecto de las cargas de alta frecuencia en el agrietamiento por fatiga de la fundición nodular

El artículo presenta los resultados de ensayos de fatiga mediante carga de alta frecuencia de fundición nodular. Para las pruebas se utilizaron fundición nodular GJS-500-7, GJS-600-3 y fundición ADI con una resistencia a la tracción de R_m = 1 125 MPa. Los ensayos de fatiga se realizaron en una máquina de ensayos de resonancia. Para las calidades de fundición investigadas, se determinaron experimentalmente las características de fatiga en las regiones de ciclo alto y ultraalto. Una vez finalizados los ensayos, se realizó el análisis fractográfico de las fracturas por fatiga con el fin de determinar el lugar de iniciación de la grieta por fatiga y el mecanismo de fractura.

INTRODUCCIÓN

La fatiga de los materiales es un proceso continuo de acumulación de fallos que se forman durante un tiempo suficientemente largo durante el funcionamiento bajo la influencia de tensiones mecánicas variables que provocan la nucleación y propagación de una grieta, lo que da lugar al fallo del material y de la estructura [1]. La acumulación de tensiones provoca cambios en las propiedades mecánicas del material debido a la deformación microplástica cíclica. En el momento en que las tensiones locales alcanzan un valor máximo, se produce la destrucción de los enlaces interatómicos durante el inicio de las microfisuras, lo que conduce al fallo de la estructura [2,3]. El daño por fatiga de los materiales estructurales es la causa más frecuente del estado umbral de los materiales. Las propiedades de fatiga de los materiales estructurales se han investigado durante más de 150 años. La curva S-N (también conocida como curva de Wöhler), incluido el límite de fatiga (referido a N = 2×10⁶-10⁷ ciclos), se conoce desde 1858. Según las normas aplicables, los datos de fatiga (curvas S-N) se investigan generalmente hasta N = 10⁷ ciclos de carga (acero y fundición) [4]. El aumento de la resistencia a la fatiga está cobrando importancia para resolver el problema general de la fiabilidad operativa de la maquinaria, los equipos y las estructuras contemporáneos. El análisis de las causas de los fallos de máquinas y estructuras muestra que alrededor del 90 %) de todos los casos de agrietamiento están causados por el proceso de fatiga. Las tensiones periódicamente variables, muy inferiores a la resistencia última, así como el número suficiente de ciclos, provocan el agrietamiento por fatiga [5,6]. La tendencia actual a reducir el desgaste de los materiales en la construcción de máquinas exige aumentar su nivel de carga y prolongar su vida útil, lo que equivale a aumentar el número de ciclos (muchas veces por encima del límite convencional de 10⁷ ciclos).  Esto podría lograrse utilizando materiales de alta resistencia, por lo general más frágiles y propensos a la fatiga. Estos hechos animan a emprender la investigación de la vida útil de la fatiga en la región de ciclos muy altos (VHC) (10⁷ < N < 10¹⁰ ciclos). El mecanismo de iniciación de la fatiga en las regiones de ciclo alto (HC) y VHC es un tema de creciente importancia, debido a las crecientes exigencias impuestas a la vida útil de los componentes de ingeniería.