Fatigue life of high strength steel for cold forming

Vida útil a la fatiga del acero de alta resistencia para conformado en frío

El artículo presenta los resultados de los ensayos de fatiga realizados con acero de conformación en frío de alta resistencia del tipo STRENX. Para los ensayos de fatiga de ciclo alto realizados con frecuencias de carga de ciclo bajo de unos 30 Hz, se utilizó una máquina ROTOFLEX. Para los ensayos de ultra alto ciclo, se empleó una máquina de ensayos KAUP-ZU, que permite realizar ensayos de fatiga con carga simétrica de la probeta (R = -1) y a una frecuencia de f ≈ 20 kHz. Las relaciones σ_a = f(N) se determinaron experimentalmente en la región de ciclos altos y ultraaltos para el acero de alta resistencia STRENX. Para determinar el mecanismo de iniciación de la grieta por fatiga, se realizó el análisis fractográfico de las fracturas por fatiga.

INTRODUCCIÓN

En las condiciones de funcionamiento de las piezas, así como de las estructuras completas, los fallos se producen en un intervalo superior al cubierto por las regiones de bajo y alto ciclo [1].  Esta es una de las razones por las que los centros de investigación han hecho especial hincapié en los últimos años en la determinación de las propiedades de fatiga en las regiones de ciclo alto y ultraalto [2,3]. Los criterios adoptados (fatiga de bajo y alto ciclo < 10⁷) no cumplen los requisitos para un uso seguro. Los autores de los trabajos de investigación [4,5] han encontrado una disminución de las características de fatiga (una caída de la amplitud de tensión σ_a con el aumento del número de ciclos) más allá del límite convencional (N_c = 10⁷), principalmente para los grados de acero más resistentes y reforzados superficialmente. Los resultados y debates anteriores sobre la tensión segura y la resistencia a la fatiga estable por encima del número convencional de ciclos han sido incompletos e imprecisos. Esto significa que siguen abiertos temas como el comportamiento de la relación σ_a = f(N) y los mecanismos de degradación por fatiga más allá del límite de ciclos convencional.  En el caso de algunos aceros de alta resistencia (HSS), bajo carga axial de tracción-compresión [6,7], la curva S-N se caracteriza por una disminución continua de la magnitud de la carga con el aumento del número de ciclos.

Los autores de los estudios publicados [8,9] presentan posibles comportamientos de la relación σ_a = f(N) por encima del límite convencional de fatiga del material. En su publicación [9], C. Bathias, I. Drouillac y P.L. Francois presentan tres tipos de iniciación de una grieta de fatiga, que puede producirse en una probeta cilíndrica de superficie pulida, según se trate de una gama de ciclos baja (10⁴ ciclos), alta (10⁶ ciclos) o ultraalta (10⁹ ciclos). Sin embargo, no se trata de una regla de hierro. En el caso de las grietas en un intervalo de ciclos bajos, las localizaciones de iniciación suelen ser numerosas y se producen en la superficie de la probeta; según la opinión generalizada, a 10⁹ ciclos la iniciación de la grieta por fatiga se localiza bajo la superficie de la probeta [9].