Correlación entre la resistencia a la tracción y el límite de fatiga en los aceros. Crédito: Kazuho Okada, Instituto Nacional de Ciencia de Materiales
Un equipo de investigación de NIMS ha descubierto que el límite de fatiga del acero se mejora mediante el entrenamiento previo de deformación cíclica (fatiga). Basado en este hallazgo, el equipo de investigación desarrolló una nueva técnica de entrenamiento previo a la fatiga, que duplicó con éxito el límite de fatiga del acero de alta resistencia al suprimir el inicio de grietas.
Esta estrategia ofrece un enfoque versátil para mejorar el límite de fatiga en los aceros generales, proporcionando una alternativa efectiva para templar el tratamiento térmico que inevitablemente sacrifica la resistencia a la tracción. La investigación es publicado en ciencia avanzada.
Límite de fatiga, el nivel de estrés por debajo del cual un material puede soportar para un número infinito o suficientemente grande de ciclos de carga sin falla, aumenta proporcionalmente con resistencia a la tracción en los aceros. Sin embargo, cuando la resistencia a la tracción excede 1.4 GPa (gigapascales), los aumentos adicionales en la resistencia a la tracción no mejoran o disminuyen el límite de fatiga, es decir, el límite de fatiga. Además, el acero martensítico, un acero representativo de alta resistencia, generalmente exhibe un límite de baja fatiga en el estado de AS con el nivel de resistencia más alto.
Como resultado, antes de las aplicaciones prácticas, los aceros martensíticos generalmente se templan para mejorar el rendimiento de la fatiga, sacrificando el nivel de fuerza. El mecanismo detallado detrás del límite del límite de fatiga sigue sin estar claro, y ha habido una fuerte demanda de estrategias de diseño de materiales para superar el techo.
Hallazgos clave
El equipo de investigación duplicó con éxito el límite de fatiga del acero martensítico con una resistencia a la tracción de 1.6 GPa, superando así el límite de fatiga. Esto se logró a través del entrenamiento previo a la fatiga, que se realizó bajo la condición de carga que no causó el inicio de grietas.
El análisis en profundidad reveló que el factor predominante del inicio de la grieta de fatiga en los aceros de alta resistencia es el desajuste elástico (II, el desajuste de la tensión elástica en la dirección de carga) en los límites del grano. Este estudio es el primero en el mundo en demostrar que la deformación de la fatiga, considerada convencionalmente dañina, puede suprimir el mecanismo de inicio de grietas anterior.
Mejora significativa del límite de fatiga al suprimir el inicio de la grieta a través de la deformación previa a la fatiga en aceros martensíticos con tala. a) Relación entre la resistencia a la tracción (σb) y el límite de fatiga de 107 ciclos en una relación de estrés de 0 (σw (0). Crédito: Ciencia avanzada (2025). Doi: 10.1002/advs.202504165
Perspectiva futura
A diferencia del tratamiento térmico de temple, el entrenamiento previo a la fatiga mejora el límite de fatiga con una reducción mínima en la resistencia a la tracción, por lo que es un enfoque prometedor aplicable a los aceros generales de alta resistencia. Además, este estudio demostró que suprimir el inicio de grietas, en lugar de la terminación de grietas enfocada convencionalmente, es la clave para mejorar el límite de fatiga de los aceros de alta resistencia.
El equipo de investigación tiene como objetivo desarrollar esta “estrategia de diseño microestructural para materiales resistentes a la iniciación de grietas” y aplicarla a los fenómenos de fractura en una amplia gama de materiales, incluidos los aceros, lo que contribuye significativamente a que la implementación social de materiales de ultra alta resistencia se vuelva más factible.
This study was conducted by a research team consisting of Kazuho Okada (Senior Researcher, Steel Research Group (SRG), Research Center for Structural Materials (RCSM), NIMS), Kaneaki Tsuzaki (former Research Fellow, SRG, RCSM, NIMS), Eri Nakagawa (Ph.D. student, SRG, RCSM, NIMS), and Akinobu Shibata (Distinguished Leader, SRG, RCSM, NIMS).
Más información: Kazuho Okada et al, límite de fatiga duplicando en acero martensítico de alta resistencia a través de la autoptimización de la ingeniería del embrión de grietas-entrenamiento cíclico, la ciencia avanzada (2025). Doi: 10.1002/advs.202504165
Proporcionado por el Instituto Nacional de Ciencia de Materiales
Cita: la técnica de entrenamiento previo a la fatiga duplica el rendimiento del acero de alta resistencia (2025, 26 de agosto) recuperado el 26 de agosto de 2025 de https://techxplore.com/news/2025-08-pre-fatigue-technique-high-strength.html
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