las cuales se forman generalmente por: (1) corrosión u oxidación en el frente de grieta, producto de la acción del aire o del lubricante de la máquina durante un periodo de detención de la pieza; (2) cambios en el rango de intensidad de esfuerzos aplicados, que producen cambios en la cinética de crecimiento y en la rugosidad; (3) cambios en el estado de esfuerzos que originen variaciones en la orientación de la superficie de grieta; (4) cambios en la frecuencia de los ciclos de carga aplicados, que llevan a variaciones en la cinética del crecimiento. En las imágenes superior derecha, central izquierda y central derecha de la figura 3.49, se puede ver la apariencia que tiene una fractura por fatiga sin marcas de playa intermedias, la de una fractura con una marca de playa intermedia y la de una fractura con varias marcas de playa intermedias, respectivamente.
Figura 3.51 Texturas en las zonas de propagación estable de grietas por fatiga
Nota. Tersa en fatiga transgranular de acero bonificado 8640 con 40 RC (superior izquierda); combinación de tersa y granular en fatiga cristalográfica de duraluminio 7075 T6 (superior derecha); granular en fatiga intergranular de acero 5160 bonificado a 50 RC (central izquierda); fibrosa en fatiga de bajo ciclaje por formación y coalescencia de microvacíos, en duraluminio 7075 T6 (central derecha); tersa con frotamiento por roce entre las caras de grieta, en acero inoxidable AISI 410 (inferior). Las flechas amarillas indican la dirección de crecimiento de las grietas.
Fuente: elaboración propia.
En el caso de una fractura por fatiga en la cual solo se encuentre la marca de playa, que separa las zonas de propagación estable y de fractura final (figura 3.49, superior derecha), se puede afirmar que las condiciones ambientales, de nivel de esfuerzos y de orientación de estos, no cambiaron durante todo el proceso de crecimiento en servicio de la grieta de fatiga, es decir, esta pieza probablemente no tuvo detenciones prolongadas durante su funcionamiento (operación continua a ciclos de carga constantes).
El eje de la figura 3.49 (central izquierda) corresponde a un eje perteneciente a una bomba de extracción de crudo en pozo, equipo que operó en varios pozos diferentes antes de la falla. Su superficie de propagación estable mostró claramente una marca de playa intermedia, con lo cual se pudo deducir que el eje nucleó e inició su agrietamiento en el penúltimo pozo en que operó, ya que dicha marca de playa probablemente se formó por acción corrosiva, mientras el eje estuvo almacenado antes de ingresar al último pozo.
El cigüeñal de la figura 3.49 (central derecha) trabajó en el motor de un helicóptero; en este caso se encontraron quince marcas de playa claramente definidas, lo que para el helicóptero implicó que desde al menos quince vuelos anteriores, el cigüeñal ya se encontrara agrietado. Además, las marcas de playa se formaron por la acción corrosiva del aceite lubricante del motor durante los largos periodos detención del helicóptero.
En las zonas de origen de los agrietamientos por fatiga, será común encontrar las marcas Ratchet, cada una de las cuales separa dos grietas de fatiga independientes. Es importante notar que los orígenes de los agrietamientos por fatiga no están en las marcas Ratchet, sino entre ellas (figura 3.49, inferior izquierda). Si no se encuentran marcas Ratchet en la zona de origen de agrietamiento, ello indica que se tuvo un solo origen de grieta de fatiga (figura 3.49, superior derecha y central izquierda).
Marcas radiales y de río también pueden estar presentes en las zonas de propagación estable de las grietas, y generalmente están asociadas a cambios en el estado de esfuerzos, que generan bifurcaciones y reorientaciones de las superficies de fatiga (figura 3.49, inferior derecha). Estas marcas tenderán a aparecer en piezas grandes, o de geometría compleja, o cerca de la transición entre las zonas de propagación estable y de fractura final, es decir, en la etapa III de propagación.
Como regla general, en las superficies de fractura por fatiga de alto ciclaje se encontrará que la rugosidad irá en continuo incremento, desde el origen hacia la zona de fractura final (figura 3.49, inferior derecha), lo cual ayuda a establecer las regiones de origen de los agrietamientos, si no se tienen marcas Ratchet, de río, radiales o de playa que lo permitan. De igual manera, las zonas de origen al ser más antiguas, es posible que presenten coloraciones oscuras producto de la corrosión u oxidación, mientras que las últimas zonas en formarse durante la propagación serán de un brillo metálico más acentuado (figura 3.56, central derecha).
Las superficies de fractura por fatiga de bajo ciclaje tienden a no mostrar un límite claro entre la zona de propagación estable de grieta en servicio y la zona de fractura final. Sus texturas tienden a ser fibrosas en el caso de materiales dúctiles (figura 3.50, superior derecha) y granulares para materiales frágiles. En las texturas fibrosas se podrán encontrar marcas de playa (figura 3.50, inferior), y en menor medida marcas radiales o de río. Debido a estas características, a veces es difícil distinguir entre una fractura súbita y una por fatiga de bajo ciclaje.
Figura 3.52 Tipos de fracturas finales en fatiga
Nota. Fractura súbita frágil con textura granular (superior izquierda); fractura súbita dúctil con textura fibrosa (superior derecha); fractura súbita dúctil formando labio de corte con textura fibrosa (inferior). Se pueden tener zonas de crecimiento estable en servicio, pequeñas o grandes respecto a la zona de fractura final. Las flechas amarillas indican la dirección del agrietamiento.
Fuente: elaboración propia.
El tamaño relativo entre la zona de propagación estable de grieta y la zona de fractura final puede dar indicios sobre el nivel del esfuerzo experimentado respecto a la resistencia de la pieza, si se tiene certeza de que durante la propagación de grieta el nivel de carga se mantuvo aproximadamente igual. Una zona de propagación estable pequeña (figura 3.52, superior izquierda) sugiere que la carga de fatiga era muy elevada respecto a la resistencia de la pieza, ya que con pocos ciclos se generó fractura final, mientras que una zona de propagación estable grande (figura 3.52, superior derecha), sugiere un nivel de carga de fatiga baja. En este último caso surge una pregunta obvia: ¿si la carga de fatiga era baja, por qué se fatigó la pieza? La respuesta no es sencilla, pero es común encontrar que en los casos en que se presenta esta situación, ello se debe a que en la zona de inicio del agrietamiento había algún concentrador de esfuerzo severo o un daño mecánico previo. Esto facilita la nucleación del agrietamiento, y el rango de esfuerzos aplicado, aunque es bajo, es de todas maneras suficiente para propagar las grietas. Además de lo anterior, se debe tener presente que el tamaño relativo entre las dos zonas, no solo depende de la solicitación, sino también de la tenacidad de fractura de la pieza.
En la figura 3.53 se resume, a manera de ejemplo, para ejes sometidos a flexión unidireccional, la influencia que el nivel de esfuerzo y su concentrador
