7/26/2019 Caractersticas de Fatiga

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Caractersticas de fatiga

La Figura 5 muestra las caractersticas de fatiga de la SAE 1040, 1541,

4140 y los ejes de prueba !odos los ejes se reali"aro# por fatiga torsio#al

totalme#te re$ertido a u#a carga de 40% &'a (5)000 psi*

Los datos muestra# la correlaci+# e#tre la $ida de fatiga y resiste#cia a la

deformaci+# torsio#al

#a co#siderable dispersi+# o $ariaci+#, est- prese#te, lo cual es #ormal e#

las pruebas de fatiga

'arece .ue el grado de acero al carbo#o 1040 alca#"+ suspe#si+# a

1000000 de ciclos a#tes .ue los otros dos grados

#a e/plicaci+# para esto se muestra e# la Fig 4, do#de todas las

profu#didades de casos tie#e# u#a resiste#cia est-tica igual de 1 &'a

()0000 psi* como m#imo Si# embargo, si #os fijamos e# la te#si+#

aplicada se muestra e# $arios #i$eles, el 1040 tie#e u#a profu#didad total

de casos m-s profu#do, y la te#si+# aplicada es algo m-s alta do#de se

cru"a co# la i#terfa" de casos y #2cleo

Esto parecera i#dicar .ue la profu#didad total de casos puede ser m-s

crtico para la $ida de fatiga

La resiste#cia a la fatiga fre#te a la profu#didad total de casos se muestra

e# la Fig

Los datos demuestra# .ue la $ida de fatiga aume#ta al aume#tar la

profu#didad de capa total

El acero SAE 1541 parece proporcio#ar mayor resiste#cia a la fatiga para la

misma profu#didad de capa total e# comparaci+# co# los otros dos

materiales

La ra"+# de esto es la mayor dure"a del #2cleo e#friado y templado, .ue

ese#cialme#te act2a igual .ue la profu#didad total de la profu#didad de lacapa

Los aceros SAE 1040 y 4140 tie#e# la misma resiste#cia a la fatiga a pesar de .ue estos

dos aceros est-# e# los e/tremos opuestos del espectro de templabilidad

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&ie#tras la profu#didad de capa total es la misma, la resiste#cia a la fatiga

es la misma

#a situaci+# .ue se prese#ta 3ace $arios aos sir$e para ilustrar esto

#a produccio# de semieje 3ec3o de acero SAE 106 #o proporcio#aba

u#a $ida de fatiga deseada, e#to#ces fue sustituido por u# mayor grado

(SAE 4140*

La i#ducci+# de la pla#ta de fabricaci+# e#durecido el acero 4140 a la

misma profu#didad efica" de los casos como las pie"as de producci+# y

descubri+ .ue la $ida de fatiga e# realidad dismi#uy+ e# lugar de aume#tar

La vida de fatiga de torsin frente a la profundidad de la capa en la Fig. 7 indicala razn de esto.

# caso a partir del 157 co# acero 1040 proporcio#a u#a $ida de fatiga

superior de 00000 ciclos, mie#tras .ue la misma profu#didad de capa del

acero 4140 ofrece u#a $ida de me#os de la mitad de eso

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La ra"+# es .ue el acero 4140 tie#e u#a profu#didad de capa me#or e#

comparaci+# co# el acero 1040, debido a la difere#cia e# la capacidad de

e#durecimie#to 'ara aume#tar la $ida de fatiga del acero 4140, era

#ecesario aume#tar la profu#didad de capa total

Al fi#al, el acero 4140 e# realidad #o aporta #i#g2# be#eficio de la fatiga

sobre las pie"as de producci+# actuales

Fig 5 8 9ida de fatiga e# comparaci+# co# el lmite el-stico a la torsi+#

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!abla 8 'rofu#didad de capa re.uerida e# comparaci+# co# resiste#cia ala torsi+#

:ota; lmite el-stico a la torsi+# es $-lido para los ejes m-s largos co#

relaci+# di-metro < lo#gitud crtica de y mayor El di-metro crtico es el

di-metro m-s pe.ueo del eje do#de la mayora de la des$iaci+# y el fallo

ocurre

Como la lo#gitud del eje dismi#uye, la relaci+# del re#dimie#to aume#ta La

resiste#cia a la rotura por torsi+# #o depe#de de la lo#gitud, y es $-lido para

cual.uier eje de lo#gitud

Aplica#do el Co#ocimie#to

La !abla ilustra c+mo se puede# utili"ar los resultados de este estudio,

do#de u# i#ge#iero est- trata#do de disear u#a serie de ejes .ue es bue#o

para tres difere#tes #i$eles de fuer"a de torsi+# La colum#a ce#tral tie#e

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por objeto proporcio#ar u# re#dimie#to m#imo de torsi+# de 1 &'a

()0000 psi* =e los datos de las Figs y , se e#co#tr+ .ue para u# acero

liso8carbo#o, tal como 1040, esto re.uerira u# caso efica" de 157 del

di-metro y u# caso total de 57 Estos porce#tajes tambi># fu#cio#a co#

otros aceros, au#.ue la fuer"a puede ser realme#te mayor # acero de

e#durecimie#to m-s alta, como 4140, re.uerira u# caso de 1%7 de

efecti$idad y 7 del total El 1 &'a ()0000 psi* lmite de elasticidad

est-tica tambi># se podra obte#er co# u# e#friamie#to brusco y re$e#ido

de #2cleo de apro/imadame#te 0 ?@C media#te el uso de u# caso efica"

de 157 y u# caso total de 1)7

Si# embargo, la operaci+# de e#friamie#to y temple tambi># aadira u#a

bue#a ca#tidad de costo para la parte # par de otros ejemplos podramos

co#siderar sera el lmite el-stico a la torsi+# m#ima de 465 &'a m#imo

(%0000 psi* y el eje mayor fuer"a de %)5 &'a (115000 psi* como m#imo

Figs y muestra# .ue el eje 465 &'a (%0000 psi* re.uerira efica" de los

casos el 117 y el 07 del total, mie#tras .ue el eje %)5 &'a (115000 psi*

#ecesitara u# 7 y u# 17 efecti$a total Estos #2meros se podra#

aplicar a cual.uier eje de di-metro, pero a medida .ue aume#ta de tamao,

la templabilidad del acero tambi># te#dra# .ue aume#tar para poder

obte#er estas profu#didades de capa

Co#clusio#es

La profu#didad de la capa de i#ducci+# juega u# papel muy importa#te e# la

determi#aci+# de las propiedades est-ticas y de fatiga de los ejes

La resiste#cia a la torsi+# aume#ta co# la profu#didad de capa, pero s+lo

3asta cierto pu#to, e#to#ces el e#durecimie#to m-s profu#do #o es bue#o

Ambos casos, efica" y total, debe# ser co#siderado para optimi"ar el re#dimie#todel eje

El caso efecti$o parece ser el mejor predictor de la resiste#cia a la torsi+#,

mie#tras .ue el caso total es el mejor predictor de la $ida a fatiga Larelaci+# e#tre la profu#didad de capa y resiste#cia a la torsi+# es cierta,

pero 3ay u#a ca#tidad co#siderable de dispersi+# o $ariaci+#

Es f-cil $er .ue el ra#go de capa de profu#didad obser$+ .ue #o era lo

suficie#teme#te amplio, y la relaci+# podra perderse

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La dure"a del #2cleo tambi># debe ser co#siderado, ya .ue tie#e el mismo

efecto .ue cambiar la profu#didad de capa &ie#tras .ue la $ida de fatiga se

correlacio#a al eje fuer"a e# alg2# grado, i#cluso 3ay m-s dispersi+# o

$ariaci+#, co# la profu#didad de capa fre#te a los datos de resiste#cia

Fig 9ida de fatiga torsio#al $s profu#didad de capa total a B5),000 psi

(B40% &'a*

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Fig % 9ida de fatiga torsio#al $s caso efecti$o de profu#didad de capa a

B5),000 psi (B40% &'a*