Diseño en ingenieria mecanica de Shigley

CAPÍTULO 6 Fallas por fatiga resultantes de carga variable 285
Tabla 6-5
Factores de confiabilidad
k e correspondientes
a 8 desviaciones estándar
porcentuales del
límite de resistencia a la
fatiga
Confiabilidad, % Variación de transformación z a Factor de confiabilidad k e
50 0 1.000
90 1.288 0.897
95 1.645 0.868
99 2.326 0.814
99.9 3.091 0.753
99.99 3.719 0.702
99.999 4.265 0.659
99.9999 4.753 0.620
Figura 6-19
Falla de una parte con endurecimiento
superficial por flexión
o torsión. En este ejemplo, la
falla ocurre en el núcleo.
S e
(cubierta)
o
Cubierta
Núcleo
S e
(núcleo)
Factor de efectos varios k f
Aunque el factor k f tiene el propósito de tomar en cuenta la reducción del límite de resistencia
a la fatiga debida a todos los otros efectos, en verdad significa un recordatorio que estos efectos
se deben tomar en cuenta, porque los valores reales de k f no siempre están disponibles.
Los esfuerzos residuales mejoran el límite de resistencia a la fatiga o lo afectan de manera
negativa. En general, si el esfuerzo residual en la superficie de la parte es de compresión, el
límite de resistencia a la fatiga mejora. Las fallas por fatiga parecen ser fallas de tensión, o al
menos las provoca un esfuerzo de tensión, por lo cual cualquier cosa que reduzca el esfuerzo
de tensión también reducirá la posibilidad de una falla por fatiga. Las operaciones como el
granallado, el martillado y el laminado en frío acumulan esfuerzos de compresión en la superficie
de la parte y mejoran mucho el límite de resistencia a la fatiga. Por supuesto, el material
no se debe trabajar hasta agotarlo.
Los límites de la resistencia a la fatiga de partes hechas de placas o barras laminadas o
estiradas, así como las partes forjadas, quizá se vean afectadas por las llamadas características
direccionales de la operación. Por ejemplo, las partes laminadas o estiradas tienen un
límite de resistencia a la fatiga en la dirección transversal que puede ser 10 a 20% menor que
el límite de resistencia a la fatiga en la dirección longitudinal.
Las partes con endurecimiento superficial fallan en la superficie o en el radio máximo
del núcleo, según sea el gradiente de esfuerzos. En la figura 6-19 se muestra la distribución de
esfuerzo triangular típica de una barra sometida a tensión o torsión. También se grafican con
una línea gruesa en esta figura los límites de resistencia a la fatiga S e de la capa superficial y
del núcleo. En este ejemplo, el límite de resistencia a la fatiga del núcleo domina el diseño
porque en la figura se observa que el esfuerzo σ o τ, o cualquiera que se aplique en el radio
exterior del núcleo, resulta mucho mayor que el límite de resistencia a la fatiga del núcleo.