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Fatiga en materiales con memoria de forma : iniciación y crecimiento de fisuras por fatiga
Get PDFLos materiales con memoria de forma (MMF) exhiben propiedades mecánicas
particulares que los hacen interesantes debido a los fenómenos físicos involucrados y al
gran potencial que poseen para el desarrollo de aplicaciones tecnológicas. Estas
propiedades mecánicas incluyen comportamientos característicos como el efecto
memoria de forma simple, el efecto pseudoelástico, la deformación térmica bajo carga
constante y el efecto doble memoria.
El motivo de estos singulares comportamientos reside en la ocurrencia de
transformaciones de fase martensíticas termoelásticas en estos materiales. Estas son
transformaciones sólido-sólido, sin difusión, que consisten en un cambio de estructura
cristalina y cuyo efecto macroscópico es equivalente a una deformación de corte. En
particular en esta tesis se analiza el comportamiento pseudoelástico que involucra
deformaciones reversibles del orden del 8 %.
En el presente trabajo se estudia el comportamiento pseudoelástico bajo
condiciones de carga cíclica uniaxial de alambres comerciales de NiTi (Ti-50,9 at. % Ni)
con tamaño de grano ultrafino. Se investiga la dependencia de la evolución del
comportamiento pseudoelástico en el caso de ciclos parciales y completos, analizando
tanto los aspectos funcionales como estructurales asociados al ciclado pseudoelástico, a
lo que nos referimos en esta tesis como el estudio de la fatiga intrínseca.
Del análisis de los resultados de ensayos de fatiga funcional se definen
limitaciones y requerimientos que dan lugar a la propuesta de una nueva metodología de
ensayo uniaxial para caracterizar la fatiga intrínseca de alambres de NiTi superelástico.
Con la nueva metodología desarrollada, se investiga la influencia de la
transformación martensítica inducida por tensión en la vida a fatiga de los alambres de
NiTi. A partir del análisis de los ensayos se concluye que la caída de las tensiones críticas
de transformación no depende de la cantidad de material transformado sino del número
de transformaciones que experimenta el material. También se concluye que la vida a
fatiga no dependería del rango de deformación / tensión aplicada ni de la
deformación / tensión media haciendo determinante la cantidad de ciclos de
transformación, lo que indica el gran daño acumulado en el alambre cada vez que el
frente de transformación pasa por una determinada zona.
Los resultados muestran además que la evolución de las propiedades funcionales
tiene lugar en todo el ciclado hasta la rotura del alambre, aunque dicha evolución tiene
lugar a una tasa de variación que disminuye con el número de ciclos aplicados. Esto
indica que la evolución de las propiedades funcionales podría estar asociada a la
acumulación de daño intrínseco por fatiga y por lo tanto, el fenómeno de fatiga mecánica
en alambres de NiTi debería estudiarse relacionando tanto los aspectos funcionales como
estructurales asociados al ciclado pseudoelástico.
Finalmente es importante remarcar el aporte generado con la propuesta de la nueva
metodología de ensayo uniaxial para poder analizar el comportamiento intrínseco a fatiga
de alambre de NiTi superelástico. Este método contribuirá sin lugar a dudas en el avance
del conocimiento de los mecanismos de daño asociados al movimiento del frente de
transformación, que resulta ser de vital importancia en la vida a fatiga en condiciones de
ciclado pseudoelástico. Esto permitirá avanzar en la propuesta de nuevos modelos
específicos para explicar el fenómeno de fatiga de materiales superelásticos
