La línea de Wöhler es una curva característica de la tecnología de materiales que describe el comportamiento de los materiales bajo carga dinámica.
La carga dinámica describe un cambio en la fuerza mecánica actuante y su dirección a lo largo del tiempo. Por lo tanto, son oscilaciones mecánicas, por lo que la frecuencia, es decir, la frecuencia del cambio de tensión se llama cambio de carga mecánica. Por el contrario, la fuerza y la dirección de acción permanecen constantes bajo carga estática. Las características del material para una carga estática se determinan, por ejemplo, en un ensayo de tracción.
Casi todos los componentes de las máquinas y plantas están sujetos a cargas dinámicas durante su funcionamiento. La amplitud de la tensión mecánica, es decir, el valor máximo, de la carga dinámica es inferior a la resistencia a la tracción de los materiales. Por regla general, las amplitudes de tensión son incluso menores que la fuerzade rendimiento de los materiales. Aunque las amplitudes de tensión de la carga dinámica suelen ser inferiores a la resistencia mecánica, los componentes pueden romperse y fallar. La razón de esto son los cambios en el material, que se llaman fatiga del material. En el caso de las cargas dinámicas, este daño material puede producirse en los materiales metálicos incluso a bajas temperaturas, es decir, la temperatura homóloga es significativamente inferior a 0,4. Por lo tanto, el deslizamiento de los materiales es prácticamente irrelevante durante el uso.
Para determinar el comportamiento del material bajo carga dinámica, se realiza la llamada prueba de Wöhler, también llamada prueba de fatiga. En esta prueba, un gran número de muestras idénticas se cargan con diferentes oscilaciones dinámicas y el número respectivo de ciclos de carga hasta que se determina la rotura. Las amplitudes de tensión de las pruebas respectivas se reducen continuamente durante las pruebas. Los especímenes que se cargan con una alta amplitud de tensión fallan con bastante rapidez, mientras que las amplitudes de tensión más bajas conducen a un mayor número de ciclos de carga y, por lo tanto, a una mayor vida útil. Si las amplitudes de voltaje se trazan en un diagrama sobre el número correspondiente de ciclos de carga, también conocido como el número de ciclos de carga, esto da la línea de Wöhler. La representación puede ser en forma lineal, semi-logarítmica o doble-logarítmica. En la siguiente figura, se muestra esquemáticamente una línea de Wöhler para un acero no aleado en un sistema de coordenadas semi-logarítmico.
La línea de Wöhler se utiliza para definir las fuerzas características de los materiales sometidos a tensión dinámica. Estos son la fuerza a corto plazo, la fuerza de la fatiga y el límite de la fatiga.
La resistencia a la fatiga, también conocida como resistencia a la vibración, se refiere a la máxima amplitud de tensión por debajo de la cual un material puede soportar un número infinitamente alto de ciclos de carga. Sin embargo, es prácticamente imposible determinar un número infinitamente alto de ciclos de carga. Por lo tanto, los materiales que sobreviven a unos106 o107 ciclos de carga se llaman resistencia a la fatiga. El valor exacto de este llamado número de ciclos de carga depende del material.
La resistencia a la fatiga describe el rango desde unos103 o104 ciclos de carga hasta la resistencia a la fatiga. En la línea semi-logarítmica o doble-logarítmica de Wöhler, el rango está marcado por una línea recta casi oblicua.
La resistencia a corto plazo es la amplitud de la tensión que un material puede sobrevivir sólo hasta unos103 o104 ciclos de carga. La transición de la fuerza a corto plazo al rango de resistencia a la fatiga no siempre puede determinarse con claridad.
Para muchos materiales, la línea de Wöhler no muestra una línea de resistencia a la fatiga de funcionamiento horizontal, como se muestra en la figura de arriba. Estos incluyen aluminio, cobre o aleacionescomo el latón. Estos materiales también pueden fallar a bajas amplitudes de tensión y a números muy altos de ciclos de carga, es decir, superiores a 107. No obstante, se especifica una resistencia a la fatiga para estos materiales tan pronto como sobreviven unos106 ó107 ciclos de carga en la prueba de Wöhler.
Además de la composición del material, las condiciones ambientales también pueden reducir la resistencia a la fatiga de los materiales. Un ejemplo de esto sería el agrietamiento por corrosión. En este caso, la presencia de un medio que favorezca la corrosión puede reducir significativamente la vida útil de los componentes, lo que da lugar a un desplazamiento de la línea de Wöhler a valores más bajos. Por esta razón, al planificar los componentes y las plantas deben tenerse en cuenta todas las condiciones de funcionamiento para evitar daños.
La curva de Wöhler
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