Guía
¿Cómo reconoce una falla por fatiga en una flecha o soporte y qué cambiar en el plano?
La falla por fatiga es la ruptura de una pieza metálica por una grieta que nace en un punto de concentración de esfuerzo y crece poco a poco con cada ciclo de carga, aunque el esfuerzo nunca llegue al límite elástico del material, hasta que la sección que queda ya no aguanta y se rompe de golpe. En flechas y soportes casi siempre empieza en un detalle del plano: un radio de hombro muy chico, el extremo de un cuñero, la salida de una cuerda o una superficie rugosa, y por eso volver a pedir la misma pieza con el mismo plano suele repetir la misma falla.
Por Equipo de ingeniería de Saola Manufacturing · Publicado · Actualizado
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Datos clave
- En México, la designación de los aceros por composición química se rige por la NMX-B-323-CANACERO-2006, publicada en el Diario Oficial de la Federación en 2007; citarla junto con la condición de tratamiento evita que la flecha de reposición llegue en otro acero (Secretaría de Economía, Catálogo Mexicano de Normas, 2007)
- El manual de sujetadores de la NASA explica que el laminado en frío de las cuerdas deja esfuerzos de compresión altos en la superficie, con un efecto parecido al granallado, y hace la cuerda más resistente al agrietamiento por fatiga (NASA RP-1228, Fastener Design Manual, 1990)
- La especificación militar de anodizado advierte, en sus notas 6.1.3 y 6.10.7, que el anodizado duro puede reducir la resistencia a la fatiga de las aleaciones de aluminio y que, como regla general, entre más grueso el recubrimiento mayor es la reducción (MIL-A-8625F, Departamento de Defensa de EE. UU., enmienda 1 de 2003)
- En Saola Manufacturing, el torneado CNC y el fresado CNC se hacen en nuestra planta asociada principal en Vietnam. El tratamiento térmico, el granallado y los acabados se coordinan con fábricas asociadas; la ubicación de producción se indica en cada cotización.
¿Cómo sabe si la flecha o el soporte falló por fatiga y no por sobrecarga?
Mire la cara de la fractura antes de limpiarla: una falla por fatiga tiene una zona lisa, a veces con marcas curvas como las de la arena en la playa, que sale de un punto en la superficie, y una zona final rugosa y fibrosa donde la pieza se rompió de golpe. Una falla por sobrecarga es rugosa en toda la sección y suele venir con deformación visible.
La pista más útil es la forma. La grieta de fatiga avanza despacio y deja una superficie plana, casi perpendicular al eje de la flecha cuando la carga es de flexión, y casi sin deformación alrededor. Las marcas de playa, también llamadas líneas de detención, son arcos concéntricos que se forman cuando la carga cambia o la máquina se detiene; su centro señala el origen de la grieta. Cuando hay varios orígenes alrededor de la circunferencia, entre ellos quedan escalones radiales, las marcas de trinquete, que indican un esfuerzo alto o una concentración de esfuerzo fuerte en todo el perímetro, como un radio de hombro muy chico.
El tamaño de la zona final dice cuánta carga había. Si la zona de ruptura final es pequeña, la grieta tuvo que crecer mucho antes de romper la pieza, y la carga nominal era baja. Si la zona final ocupa casi toda la sección, la carga era alta y la grieta creció poco. En una flecha que gira con flexión, la zona final no suele quedar justo enfrente del origen sino algo girada; un laboratorio usa ese desplazamiento para confirmar el sentido de giro y la dirección de la carga.
En un soporte o una ménsula la lectura es la misma, pero el origen suele estar en otro lugar: en la esquina interior de un doblez, en el borde de un barreno de montaje, en el pie de un cordón de soldadura o en una marca de herramienta. Si la fractura sale de un barreno, revise también si el tornillo estaba flojo, porque un soporte que se mueve contra su base recibe cargas que el cálculo no consideró.
¿Qué causa una falla por fatiga en flechas y soportes, de la más a la menos frecuente?
La causa más frecuente es una concentración de esfuerzo dibujada en el plano: un radio de hombro muy chico, el extremo de un cuñero o una ranura para anillo de retención. Le siguen la rugosidad y las marcas de herramienta en la zona crítica, la salida de cuerda, la superficie descarburada o mal tratada y, al final, un material o una carga distinta de la que supuso el cálculo.
Concentradores de esfuerzo. Un cambio brusco de sección multiplica el esfuerzo local. La tabla muestra los factores de primera estimación que usa un libro de diseño de uso común: un hombro con radio agudo casi triplica el esfuerzo de flexión, y una ranura para anillo de retención lo multiplica aún más. Por eso las flechas suelen romperse en el hombro del rodamiento, en el extremo del cuñero fresado o en la ranura del anillo, y casi nunca en medio de un tramo liso. La guía de ejes de transmisión explica cómo se acotan esos detalles.
Rugosidad y marcas de herramienta. Una raya de herramienta, un escalón entre dos pasadas o una marca de golpe en la zona del hombro actúan como una muesca pequeña. Si el plano no pide una rugosidad para el radio, el radio se maquina como cualquier otra superficie.
Salida de cuerda y cuerdas cortadas. La raíz de una cuerda es una muesca; donde la cuerda termina contra un hombro sin alivio, la concentración es todavía mayor. El manual de sujetadores de la NASA citado arriba señala que un tornillo cargado cíclicamente a tensión suele romperse cerca del final de la parte roscada, que es donde se concentra el esfuerzo, y que rebajar el vástago al diámetro de raíz de la cuerda alarga su vida a la fatiga; el mismo manual atribuye al laminado en frío una mayor resistencia al agrietamiento por fatiga.
Superficie descarburada o mal tratada. Una capa superficial que perdió carbono durante el forjado, la laminación o el tratamiento térmico queda más blanda que el núcleo, y en fatiga lo que cuenta es la superficie. Una dureza fuera de rango o un temple que no alcanzó la zona del radio tienen el mismo efecto.
Recubrimientos, soldadura y ensamble. El cromo duro y el anodizado duro pueden reducir la resistencia a la fatiga del metal base; en un soporte soldado, el pie del cordón es el origen típico. Un rodamiento flojo, un desalineamiento o un tornillo sin el apriete correcto cambian la carga real y también aparecen como fatiga.
| Detalle del plano | Kt en flexión | Kts en torsión | Norma que acota el detalle |
|---|---|---|---|
| Hombro con radio agudo (r/d = 0.02) | 2.7 | 2.2 | DIN 509 (ranura de alivio como alternativa) |
| Hombro con radio generoso (r/d = 0.1) | 1.7 | 1.5 | DIN 509 (ranura de alivio como alternativa) |
| Cuñero fresado con fresa de punta (r/d = 0.02) | 2.14 | 3.0 | DIN 6885-1 |
| Cuñero de salida tangente (fresa de disco) | 1.7 | no aplica | DIN 6885-1 |
| Ranura para anillo de retención | 5.0 | 3.0 | DIN 471 |
¿Cómo se diagnostica la falla antes de volver a pedir la pieza?
Conserve las dos mitades sin limpiarlas ni juntarlas, ubique el origen de la grieta y compare ese lugar con el plano: radio real contra radio especificado, rugosidad, dureza en la superficie y en el núcleo, y el material del certificado. Con esos datos se sabe si el problema es del diseño, de la fabricación o del uso.
El primer paso es proteger la evidencia. No junte las dos caras de la fractura, porque se aplastan las marcas finas; no las limpie con cepillo de alambre ni con lija. Si hay que transportarlas, cúbralas con aceite ligero o con un desecante. Tome fotografías con escala antes de cortar nada, y anote la posición de la pieza en la máquina, el sentido de giro, las horas o ciclos de servicio y cualquier cambio reciente de carga.
Después ubique el origen y mida lo que hay ahí. Con una lupa o un microscopio estereoscópico se ve de qué superficie sale la grieta. Mida el radio real con una plantilla de radios o un comparador óptico, y la rugosidad con un rugosímetro en la zona vecina, como se explica en la guía de rugosidad superficial Ra. Busque marcas de herramienta, golpes, corrosión o cordones de soldadura en el origen.
Luego revise el material y el tratamiento. Una prueba de dureza en la superficie y otra en el núcleo, cerca del origen, dicen si la pieza tiene la condición del plano. Un corte metalográfico muestra la profundidad de descarburación, que se estima según ASTM E1077, o la profundidad de capa si la pieza es cementada o templada por inducción. Compare todo con el certificado de material del lote; si no lo pidió, pídalo ahora.
Un laboratorio de análisis de falla hace este trabajo con microscopio electrónico, análisis químico y metalografía, y su reporte es la evidencia que necesita para abrir una acción correctiva con un 8D. Para una pieza barata y una sola falla, a veces basta con la lectura de la fractura y la medición del radio.
Con los datos en la mano, la decisión cae en uno de tres casos. Si la pieza rota no cumplía el plano en el origen (radio menor, rugosidad mayor, dureza fuera de rango, otro material), la corrección es del proceso del proveedor: pida la acción correctiva y revise el inventario del mismo lote antes de usarlo. Si la pieza cumplía el plano y la grieta salió de un detalle que el plano permitía, la corrección es del diseño: revise el cálculo con el factor de concentración real de ese detalle y saque una nueva revisión del plano. Si la pieza cumplía y el origen no está en ningún concentrador, la carga real era otra: revise alineación, apriete de tornillos, juego de rodamientos y vibración antes de cambiar la pieza.
¿Cómo se corrige o se previene la falla por fatiga?
Ataque la causa que encontró en el origen: si fue un radio chico, agrándelo o agregue un alivio; si fue la superficie, pida rugosidad, granallado o laminado de cuerda; si fue el material o el tratamiento, cambie la especificación y pida evidencia. Cambiar a un acero más resistente sin corregir el detalle rara vez resuelve el problema.
El error más común después de una falla es subir el material, por ejemplo de un acero al carbono a un acero aleado templado, y dejar el mismo radio. Un acero más duro es más sensible a la muesca: gana resistencia, pero aprovecha menos esa ganancia en un detalle agudo. Corregir la geometría casi siempre rinde más y cuesta menos. Si el radio no puede crecer porque el rodamiento necesita apoyo en el hombro, use un radio rebajado hacia dentro del hombro, una ranura de alivio o un anillo separador con chaflán, y deje al rodamiento asentar en el anillo.
Cuando la geometría ya está al límite, el siguiente paso es la superficie. El granallado de compresión, especificado con intensidad y cobertura conforme a SAE AMS2430, deja esfuerzos de compresión que retrasan el inicio de la grieta. El laminado en frío de radios y cuerdas tiene un efecto parecido. El rectificado o el pulido del radio quita las marcas de herramienta. Si la pieza lleva cromo duro o anodizado duro, revise con el ingeniero de diseño si el recubrimiento es necesario en la zona crítica o si se puede enmascarar.
| Lo que muestra el origen | Cambio en el plano | Cómo verificarlo en la pieza nueva |
|---|---|---|
| Origen en un hombro con radio menor al especificado | Radio mínimo acotado, sin «radio máximo» abierto; nota «sin escalón ni marca en el radio» | Plantilla de radios o comparador óptico en la primera pieza |
| Origen en un hombro con el radio correcto | Radio mayor, radio rebajado o ranura de alivio; granallado de la zona | Revisión del cálculo; registro de intensidad y cobertura del granallado |
| Origen en el extremo del cuñero | Cuñero de salida tangente o radio de extremo acotado; cuñero lejos del hombro | Inspección del extremo del cuñero y de su radio de fondo |
| Origen en una marca de herramienta o una raya | Rugosidad máxima en el radio y en la zona crítica; dirección de las marcas | Rugosímetro en la zona indicada; inspección visual con lupa |
| Origen en la raíz o la salida de una cuerda | Cuerda laminada, ranura de alivio o raíz redondeada; en tornillos y espárragos, vástago rebajado al diámetro de raíz | Calibre de cuerda y revisión de la salida |
| Superficie blanda o descarburada | Condición de tratamiento, dureza de superficie y núcleo, descarburación máxima o sobremetal para quitarla | Dureza en la pieza o en una probeta del lote; corte metalográfico |
| Origen en el pie de un cordón de soldadura | Cordón fuera de la zona de mayor esfuerzo; perfil del cordón y esmerilado del pie | Inspección visual del cordón y del pie |
¿Qué debe escribir en el plano y en la orden de compra para que no se repita?
Todo lo que encontró en el diagnóstico tiene que quedar escrito: el radio mínimo de cada hombro, la rugosidad de la zona crítica, el material con su norma y su condición, la dureza, el tratamiento superficial con su especificación y la evidencia que el proveedor debe entregar con cada lote.
En el plano, acote cada radio de transición en lugar de dejarlo en una nota general de «radios no indicados». Indique la rugosidad del radio y de los asientos con el símbolo de ISO 21920-1, y si importa, la dirección de las marcas. Escriba el material con su designación completa, por ejemplo SAE 4140 o su equivalente en la NMX-B-323, y la condición: recocido, templado y revenido, o templado por inducción en una zona. La indicación del tratamiento térmico, con la dureza y dónde se mide, sigue ISO 15787; la guía de tratamiento térmico de piezas maquinadas muestra cómo escribirla.
Si el diagnóstico pide granallado, escriba la especificación, la intensidad Almen, la cobertura y las zonas a granallar o a enmascarar, y diga que se hace después del maquinado final y antes de cualquier recubrimiento. Si la pieza lleva cromo duro, la secuencia de granallado y horneado se explica en la guía de cromado duro. Marque como característica crítica el radio y la rugosidad de la zona de falla, para que entren en el reporte de primera pieza y en el plan de control.
En la orden de compra pida el certificado de material del lote con su número de colada, el registro de dureza, el registro de granallado si aplica y la revisión del plano. Indique también qué hacer con el inventario anterior: si las piezas en almacén tienen el mismo radio que falló, conviene separarlas antes de que lleguen a la línea.
¿Quién hace qué en un pedido con Saola Manufacturing?
El torneado y el fresado CNC de la flecha o del soporte se hacen en nuestra planta asociada principal en Vietnam. El tratamiento térmico, el granallado y los recubrimientos se coordinan con fábricas asociadas, y la ubicación de producción y el origen se indican en cada cotización.
Cuando nos envía el plano revisado después de una falla, leemos primero los detalles que el diagnóstico señaló: radios, cuñeros, salidas de cuerda y rugosidad de la zona crítica. Si un radio no está acotado o la nota de material no dice la condición, lo preguntamos antes de cotizar. El torneado CNC de diámetros, hombros y radios, y el fresado CNC de cuñeros y caras de montaje, se hacen en nuestra planta asociada principal, donde también se inspeccionan las dimensiones y la dureza.
El tratamiento térmico se coordina con fábricas asociadas que gestionamos. El granallado, el cromo duro, el anodizado y los demás acabados superficiales también se coordinan con fábricas asociadas, y la cotización indica dónde se hace cada paso. Si su pieza falló y quiere que revisemos el plano antes de la reposición, envíe el plano, las fotografías de la fractura y el reporte del laboratorio si lo tiene. Respondemos las cotizaciones en inglés; puede escribirnos en español.
Preguntas frecuentes
¿Una flecha que se rompió por fatiga estaba mal fabricada?
No necesariamente. Muchas fallas por fatiga vienen de un detalle que el plano permitía, como un radio sin acotar o un cuñero que termina en el hombro. Por eso el diagnóstico compara la pieza rota con el plano: si la pieza cumplía, el cambio va en el plano; si no cumplía, va en el proceso del proveedor.
¿Basta con cambiar a un acero más resistente?
Rara vez. Un acero más duro resiste más en la sección lisa, pero es más sensible a las muescas, así que un radio agudo le quita buena parte de la ventaja. Corrija primero el detalle donde empezó la grieta y cambie el material solo si el cálculo lo pide.
¿Qué son las marcas de playa y por qué no siempre aparecen?
Son arcos que quedan en la cara de la fractura cada vez que la grieta se detiene o cambia de ritmo, por ejemplo en un paro de la máquina. En una pieza con carga muy constante pueden no verse a simple vista, y la corrosión o el roce entre las dos caras también las borran.
¿El granallado sustituye un radio más grande?
No. El granallado retrasa el inicio de la grieta, pero la concentración de esfuerzo del radio sigue ahí. Es la herramienta para cuando la geometría ya está al límite, o un complemento de un radio corregido, y solo funciona si el plano dice la especificación, la intensidad, la cobertura y las zonas.
¿Qué le envío al proveedor después de una falla?
El plano revisado, las fotografías de la fractura con escala, el lugar del origen, la dureza y el radio medidos y, si lo tiene, el reporte del laboratorio. Pida al proveedor que confirme cada cambio en su revisión del plano y que los incluya en el reporte de primera pieza.
Fuentes
- Fastener Design Manual, NASA Reference Publication 1228, NASA, 1990
- MIL-A-8625F, Anodic Coatings for Aluminum and Aluminum Alloys, Departamento de Defensa de EE. UU., 1993, enmienda 1 de 2003, notas 6.1.3 y 6.10.7
- SAE AMS2430, Shot Peening, SAE International, consultado en octubre de 2026
- ISO 21920-1:2021, Surface texture: Profile, Part 1: Indication of surface texture, ISO, 2021
- ISO 15787:2016, Technical product documentation: Heat-treated ferrous parts, presentation and indications, ISO, 2016
- Richard G. Budynas y J. Keith Nisbett, Shigley's Mechanical Engineering Design, 10.ª ed., McGraw-Hill, 2015, tabla 7-1
- NMX-B-323-CANACERO-2006, sistema de designación y clasificación de los aceros según su composición química, Secretaría de Economía, Catálogo Mexicano de Normas, 2007