AFM análisis of crack initiation due to high-cycle fatigue in low carbon steels

M.D. CHAPETTI; E. ABE; T. TAGAWA

Buenos Aires

Congreso; 9° Congreso Internacional de Metalurgia y Materiales SAM-CONAMET 2009; 2009

Sociedad Argentina de Materiales (SAM)

La microscopía de fuerza atómica (AFM, Atomic Force Microscopy), provee imágenes digitalizadas tri-dimensionales de perfiles morfológicos superficiales, por lo que constituye hoy en día una de las herramientas más importantes para el estudio de la generación superficial de daño por fatiga mecánica. En este trabajo se utilizan análisis de AFM para el estudio de la evolución del daño superficial generado por fatiga de altos ciclos (niveles bajos de deformaciones macroscópicas) en aceros de bajo carbono. El acero estudiado tiene una estructura ferrítico-perlítica con un tamaño de grano promedio de 45 μm. Las probetas utilizadas, de 1 mm de espesor, fueron ensayadas a fatiga mecánica con una relación de carga R = -1 (carga alternativa), y aplicando flexión fuera del plano principal. Los niveles de deformaciones nominales aplicadas generaron vidas a fatiga de entre 105 y 106 ciclos. Los ensayos fueron interrumpidos adecuadamente cada cierto número de ciclos a fin de analizar la evolución superficial de la acumulación del daño por fatiga. Las observaciones muestran claramente la evolución de las bandas persistentes de deslizamientos (PSB), que éstas comienzan a generarse rápidamente y pueden ser detectadas tempranamente (a menos del 5% del número total a fatiga), y que las extrusiones e intrusiones crecen proporcionalmente al número de ciclos de carga aplicados. Luego de un cierto número de ciclos su crecimiento alcanza una saturación, que en algunos casos parece coincidir con la iniciación del proceso de nucleación de una fisura. Se analiza además la utilización de un procedimiento indirecto, utilizando réplicas, para la detección de dichos eventos de nucleación.