Para un componente con una grieta inicial de tamaño a0, cuando se somete a cargas estáticas, siempre que la tensión de trabajo (σ) sea menor que la tensión crítica (σc), el componente funcionará de manera segura y confiable bajo el nivel de tensión estática. La falla frágil solo ocurrirá cuando σ=σc o K1=K1c.
Sin embargo, si el componente sufre una tensión alterna con un valor de σ<σc, la grieta inicial a0 aumentará gradualmente de tamaño bajo la influencia de la tensión alterna. Cuando alcance el tamaño crítico de a=ac, el componente se volverá inestable y se dañará.
El proceso de crecimiento del tamaño de grieta inicial a0 hasta el tamaño crítico ac se conoce como crecimiento de grieta por fatiga subcrítica o etapa de vida residual de macrofisura a0, como se muestra en la Figura 1.
Figura 1
La vida de fatiga total (N) de un material consta de dos etapas: la vida de iniciación (Ni) y la vida de propagación (Np) desde el crecimiento de la grieta hasta la fractura.
El proceso de fractura por fatiga es complejo y está influenciado por muchos factores, pero generalmente se puede dividir en cuatro etapas según el desarrollo de la grieta:
norte = norte yo + norte p
1. Etapa de nucleación de grietas
Cuando un componente se somete a cargas alternas y no presenta grietas o defectos, incluso si la tensión nominal está por debajo del límite elástico del material, la superficie del componente aún puede sufrir deslizamientos en áreas localizadas debido al desnivel del material.
Esto ocurre porque la superficie del componente se encuentra en un estado de tensión plana, lo que lo hace susceptible de deslizarse sin ninguna deformación plástica. Con el tiempo, los procesos de deslizamiento cíclicos repetidos dan como resultado la formación de extrusión de metal y bandas de deslizamiento, creando el núcleo de las microfisuras.
2. Etapa de propagación de microgrietas
Una vez que se forma el núcleo de la grieta, la microgrieta se propaga a lo largo de la superficie de deslizamiento de 45° bajo la influencia de la tensión principal.
En esta etapa, la profundidad de la grieta en la superficie es muy superficial, solo unas diez micras, y hay muchas grietas a lo largo de la banda deslizante, como se ilustra en la Figura 2.
Esta es la etapa inicial del crecimiento de las grietas.
3. Etapa macro del crecimiento del crack
Esta fase marca la transición de microfisuras a macrofisuras.
La tasa de crecimiento de las grietas aumenta y la dirección de crecimiento es perpendicular a la tensión de tracción, con un crecimiento de una sola grieta.
Generalmente se acepta que las longitudes de grieta en el rango de 0,01 mm ac representan la etapa de crecimiento de la macrogrieta, también conocida como segunda etapa de crecimiento de la grieta.
4. Etapa final de la fractura
Una vez que el tamaño de la grieta alcanza el tamaño crítico ac, se producirá la propagación de la inestabilidad y la fractura se producirá rápidamente.
Este es un proceso típico de fractura por fatiga para componentes con superficies lisas y sin grietas iniciales.
Para materiales de alta resistencia, debido a su alto límite elástico, alta sensibilidad a las entallas y la presencia de inclusiones internas y partículas duras, las grietas generalmente se forman directamente en los puntos de concentración de macroesfuerzos y la primera grieta a lo largo de las inclusiones y la interfaz de la matriz, comenzando la estabilidad. . etapa de crecimiento de macrogrietas en lugar de la etapa de crecimiento de microgrietas inclinada.
La fase de crecimiento de macrofisuras es la fase más importante para el análisis de fatiga desde el punto de vista de la mecánica de fractura.
