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ANALISIS DE FALLA POR FATIGA EN ELEMENTOS MECANICOS

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by

Javier Urbano

on 28 October 2014

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Transcript of ANALISIS DE FALLA POR FATIGA EN ELEMENTOS MECANICOS

ANÁLISIS DE FALLA POR FATIGA
EN ELEMENTOS MECÁNICOS


Origen de fatiga:
Análisis de Falla
Proceso de análisis:
1.
Colección de antecedentes y
preservación de muestras.

Historial y especificaciones:
mantenimiento y servicio de la máquina.
Momento del fallo, entrevistas, cambios
en modos de operación y
frecuencia de la falla.
Proceso de fabricación del componente. Repuestos.
Especificaciones de operación.

PROCESOS FALLA POR FATIGA
Falla por Fatiga:
-Componente no cumple su función
-Debido a esfuerzos cíclicos, inferiores al esfuerzo requerido para causar el fallo en
un solo ciclo.

¿QUÉ INVOLUCRA EL FALLÓ DE UN COMPONENTE ?
Seguridad
:
-Vidas
-Bienes

-Medio ambiente
Etapas de Fatiga
Etapa I
: Nucleación de grieta
Origen:
Externo: Geométrico.Concentrador de esfuerzo.
Químico. Corrosión, medio ambiente.
Interno: Deslizamiento de planos, inclusiones, grieta
interna preexistente.
Mecanismos discontinuos de crecimiento.
Lento avance. Millones de ciclos para alcanzar menos de 1 mm.
Orientación a 45 grados en esta etapa.

Ing. Javier Urbano Tole
ESCUELA COLOMBIANA DE INGENIERIA JULIO GARAVITO
OCT 28 -2014

?
Costos:


Valores
derivados
del fallo.

Confiabilidad.
Continuidad
del negocio.
Nucleación: Concentrador de esfuerzo
Superficial: Por contacto con otro componente. Desgaste, picado, etc.
Térmica: Variación de temperatura muy rápida.
Ciclaje: alto ciclaje-baja carga, bajo ciclaje-alta carga.


Etapas de Fatiga
Etapa II
: Propagación de grieta
Cambio de dirección: de 45 grados a 90 grados.
Crecimiento estable de grieta
Teoría de propagación estable, Paris (1960).
Factor de intensidad f(geometría de grieta y esfuerzos).
Avance.


Etapas de Fatiga
Etapa III: Propagación Rápida e inestable de Grieta

El área de la sección restante falla por sobrecarga.
Tiempo de vida muy corto.
Factor de intensidad se aproxima al valor de la tenacidad del material.



Análisis de Falla
Proceso de análisis:
2.
Inspección visual

Buscar concentradores de esfuerzos,
marcas de sobrecarga o desgaste,
abrasión, cambios por temperatura,
corrosión.

Generación de hipótesis de falla.

Selección y preparación de muestras para ensayos.




Análisis de Falla
Proceso de análisis:
3.
ENSAYOS
END: Búsqueda de defectos superficiales:
Tintas penetrantes, partículas magnéticas
Búsqueda de defectos internos:
Radiografía, ultrasonido, etc.

MECÁNICOS: Búsqueda de propiedades:
Ensayos de tensión, dureza, impacto,
fatiga, abrasión, corrosión.
Análisis de Falla
Proceso de análisis:
4.
Macroscopía 1-50X:

Búsqueda de no homogeneidades macroscópicas, concentradores de esfuerzo no visibles a simple vista, orientación de superficie de falla, dirección de crecimiento de grieta, marcas de mecanizado o servicio.
Análisis de Falla
Proceso de análisis:
5.
Microscopía 100-10000X:

Búsqueda de hoyuelos, identificar estructura y fallos intergranulares y transgranulares, inclusiones.
Punto(s) de nucleación o inicio. Forma de avance, tamaño, marcas de playa, para definir proceso y mecanismo de falla.
Análisis de Falla
Proceso de análisis:
6.
Análisis Químico
Permite identificar y comparar:
Composición del material fallado
y el diseñado.

7.
Diseño:
Permite verificar las cargas de diseño, con las encontradas en servicio. Reconstruir el proceso de diseño geométrico, selección de material, criterios de fabricación, montaje y operación.

Análisis de Falla
Proceso de análisis:
8. Hipotesis, confirmación y resultados.

Se confrontan las hipótesis planteadas en las etapas iniciales, con los ensayos practicados y si es requerido, las simulaciones de verificación. Si no es concluyente se realizarán las pruebas complementarias.

Se colectaran las conclusiones y se definirá la causa más probable de fallo y sus mecanismos, presentandolas en un informe escrito completamente soportado.


Gracias

Fuentes:
American Society of Metal ASM. Fatigue. Elements of Metallurgy and Engineering Alloys, Cap 14 (243-264), 2008
Tovar , Gustavo. Fundamentos del Análisis de Falla. Escuela Colombiana de Ingenieria. 2006.
Mecánica de Fractura y Análisis de Fallas. Héctor Hernández y Edgar Espejo. Unibiblos. Universidad Nacional de Colombia. Primera Edición. 2002.

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