Dimensiones en mm del florete y sus partes; el peso total del florete debe ser inferior a 500g |
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Figura 3. Características geométricas y de flexibilidad del florete
El acero empleado para la fabricación de las hojas para esgrima debe tener capacidad de resistencia a la fatiga, tenacidad a la fractura y resistencia a la corrosión.
La estructura del acero, luego de los tratamientos y el maquinado a punto de obtener la forma del producto terminado, debe ser fina y homogénea.
Las discontinuidades al interior y en la superficie del producto no son admisibles.
Las características mecánicas del acero, luego del tratamiento térmico, deben ser conformes a las indicadas en la tabla 1.
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Tabla 1. Características mecánicas del material
Análisis químico
Los contenidos limitados de los diferentes elementos e impurezas relativas a los diferentes tipos de acero son indicados en la tabla 2.
Composición química en porcentajes | |||
Ciclo de elaboración
Los productos deben ser sometidos a los ciclos de maquinado correspondiente e indicados por los diferentes tipos de acero en la tabla 3.
Tabla 3. Ciclos de elaboración
Ensayos y exámenes
Los ensayos y exámenes a los cuales el acero debe ser sometido son los siguientes:
– ensayo de la tenacidad a la fractura
La muestra debe tener una masa de por lo menos 50gramos. La composición química en porcentaje debe ser conforme a la prevista en la tabla2 para el tipo de acero correspondiente.
Los valores de las características de la tensión deben ser conformes a los que están previstos en la tabla1.
El ensayo debe ser efectuado en una probeta con una entalladura en forma de V, con las dimensiones indicadas en el anexo A, previsto del material sujeto al mismo ciclo de tratamiento térmico previsto para las hojas. El valor debe ser conforme al que está previsto en la tabla1.
Ensayo de tenacidad a la fractura KIC
La determinación del valor del KIC del acero debe ser efectuado por ensayo de tracción sobre una probeta CT con las dimensiones indicadas en el anexo A, previsto del material sujeto al mismo ciclo de tratamiento térmico previsto para las hojas, entallado mecánicamente y prefisurado por la fatiga en el borde superior de la entalladura. El ensayo debe ser llevado a cabo según las modalidades indicadas por la norma ASTM E399. Valor conforme a la tabla1.
El valor debe ser conforme al estándar de referencia.
Características del producto final
Las hojas deben ser sometidas a un proceso de conclusión de maquinado final, asegurando una rugosidad ≤ 0,1mm. Las lecturas de la rugosidad se deben desarrollar solamente en la dirección longitudinal de hoja.
Los ensayos y exámenes a los cuales el acero se debe someter son los siguientes:
– ensayo de tenacidad a la fractura dinámica KId
– examen microscópico de la estructura
– ensayo de resistencia ala fatiga
Ensayo de tenacidad a la fractura KId
Los resultados deben ser conformes a los estándares de referencia.
Examen microscópico de la estructura
El examen debe ser efectuado a 500 ampliaciones sobre una muestra de la hoja.
Ensayo de dobleces alternados (facultativo)
A fin de examinar el comportamiento de las hojas y los efectos inducidos sobre el material cuando las hojas son deformadas de forma plástica por flexiones alternas constantes, se deberán someter a ensayo las hojas nuevas tomadas al azar e indicativos de las porciones producidas, en ayuda del equipo especial indicado en anexo A.
El tamaño de la hoja interesado para el ensayo debe tener una longitud aproximada de 155mm en la cual se espera que a 60mmd e la punta no deba tener deformación.
El conjunto de un doblez y un enderezamiento constituye un ciclo. El resultado del ensayo es representad por el número de ciclos ejecutados hasta la ruptura completa de la hoja.
Para verificar las condiciones de seguridad en la utilización normal de las hojas, las probetas sometidas al ensayo deben someterse a una serie de dobleces alternados a una frecuencia no superior a 1Hz y verificar que la ruptura de la hoja no se produzca antes de los 400 ciclos para un florete y de 150 ciclos para la espada, ciclos efectuados con las modalidades ya descritas.
Ensayo de resistencia a la fatiga (por doblez)
A fin de examinar el comportamiento de las hojas durante la práctica de esgrima. As hojas a probarse deberán estar sometidas a un ensayo de resistencia a la fatiga, con la ayuda de un aparato especial, pudiendo ser mecánico (modelo Baiocco) o pneumático (modelo Husarek/Sofranel), en los cuales los esquemas pueden ser construidos, bajo demanda, por la comisión SEMI.
El ensayo consiste en hacer flejar la hoja sin sobrepasar el límite de elasticidad del material, a fin de obtener una deflexión de aproximadamente 220mm, correspondiente a un acortamiento de la hoja de 250mm, y al instante hacerla enderezar.
El aparato de ensayo debe ser capaz de permitir el doblez y enderezamiento de la hoja con una frecuencia de 1Hz (1 hertz = 1 ciclo por segundo).
Los bancos de pruebas son constituidos de tal manera que se puedan reproducir los esfuerzos a los cuales está sometida una hoja por los movimientos normales del esgrimista. Los esfuerzos no sobrepasan el límite elástico de las hojas, no se debe producir una deformación permanente de la hoja. El número de dobleces a los cuales la hoja debe estar sometida antes de la ruptura caracteriza su resistencia a la fatiga.
Los bancos de pruebas pueden ser utilizados para el ensayo de dobleces sin choque (con el soporte de la hoja fijado sobre un soporte giratorio), del mismo modo como para el ensayo de dobleces con choque de impacto (con el soporte de la hoja libre).
El ensayo debe continuar hasta la ruptura de la hoja. Para que el resultado sea aceptable, se debe verificar que la ruptura de la hoja no se produzca antes de:
– 18000 ciclos para las hojas de florete;
– 7000 ciclos para las hojas de espada.
Apreciación en % de la superficie de fractura progresiva
La superficie de fractura al momento de obtener la ruptura con los ensayos indicados (Ensayo de dobleces alternados, Ensayo de resistencia a la fatiga) debe ser analizada a fin de medir la extensión de la superficie en la cual la ruptura se produjo en forma progresiva.
La medida debe ser dada en % de la superficie de la sección entera resistente.
Las características mecánicas convenientes de la hoja son verificadas de una manera indicativa al momento que su valor no sea inferior a:
15% para el florete y a
6% para la espada.
Para cada hoja cerca de su soporte, la marca de identificación del fabricante, al mismo tiempo que la fecha de fabricación – año y mes – deben ser marcadas por medio de un punzonado en frío con una profundidad máxima de 0,5mm.
Nota: todas las normas pueden ser modificadas. Por consecuencia es importante que los profesionales se aseguren de poseer la última edición.
FUNCIONAMIENTO
El florete evolucionó en los mediados del s.XVI como el arma de práctica de su antecesor más largo y pesado. Durante este periodo la acción cortante de la hoja se estaba volviendo obsoleta debido a que los contendientes preferían la mayor velocidad de las armas puntiagudas. Debido a esto, el borde cortante de la hoja de práctica desapareció, apareciendo lo que se conoce ahora como la hoja de florete, el nombre viene del francés refouler, que significa volver atrás. En Inglaterra, al arma de entrenamiento se la conocía con el nombre de florete, que era el término empleado para cualquier arma de duelo.
El florete original era más pequeño que el actual, pero en realidad no existía una especificación estándar y variaba de sala en sala dependiente del estilo de maestro de esgrima que había en cada una. El famoso maestro francés Liancour predicaba el usar diferentes tipos de florete, cada uno diseñado para desarrollar en los estudiantes el juego de espada en diferentes partes del cuerpo por ejemplo: armas pesadas sin protección que eran mucho más pequeñas que la del maestro, forzaban al estudiante a moverse con mayor velocidad si quería llegar a tocar al contrincante. Los floretes de Liancour ocasionaron que los músculos en los brazos de los estudiantes se agotaran rápidamente, pero, considerándolo y a su predecesor Capa Ferro, Thibault y todos los grandes maestros de esgrima, el juego con las armas tenía una aplicación práctica que era el de poder manejar las armas mucho más pesadas que en ese entonces eran utilizadas entre los caballeros y las espadas de la corte.
Por esta razón el área de ataque del florete está limitada al tronco. La razón lógica de esto se explica cuando es considerado que los maestros de esgrima del s.XIX instruían a sus pupilos el arte de la esgrima, para ser aplicada en duelos. Era el objetivo del maestro el de pasar sus habilidades al pupilo para que puedan defenderse adecuadamente. Debido a esto se produjo una consecuencia indirecta que era la de obtener reputación como grandes maestros de esgrima, de acuerdo al pupilo que ganaba más duelos. Por esta razón, y para asegurarse el tener más pupilos que se apresuraban y en pocas lecciones salían a combatir jugando con el honor y reputación de sus maestros, el área de práctica fue limitada. Los maestros hicieron que sus pupilos descarten los brazos y piernas concentrándose en el tronco, donde se encuentran los órganos vitales, como el área válida para el florete.
El florete ha sido un factor dominante en el desarrollo de la esgrima moderna habiendo tan solo unos pocos cambios en las otras dos armas. Los principios básicos del juego con el arma son los aprendidos con el florete que son usados como base para la espada y el sable.
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Figura 16. El desarrollo del florete en la historia.
Actualmente se utiliza un florete eléctrico el cual funciona al cerrar un circuito que es marcado con una luz en una máquina cuando se ha tocado área válida y una luz blanca cuando se ha tocado fuera del área válida.
En la punta del florete existe un interruptor, y a lo largo de la hoja lleva un cable en un ranurado que transmite la señal hacia la máquina. El contrincante lleva puesta una malla conductora que también va conectada a la máquina cerrando así el circuito solo cuando se toca dentro del área válida.
| 1. punta 2. barril 3. esclavo 4. resorte de presión 5. hoja (ranurada) 6. cable 7. tornillo 8. aislante |
Figura 17. Punta eléctrica del florete
La punta debe ser calibrada para no encender sino luego de haber aplicado una fuerza mínima de 500g sobre la punta y la máquina para no encender a menos que la punta esté presionada con la fuerza mínima un tiempo de 13 a 15ms cuando hay una sola luz, y el tiempo para que el contrincante pueda también prender su luz una vez ya tocado (toque doble) 275 a 325ms.
OPERACIÓN
La operación del florete es manual, se la toma de la empuñadura con los dedos índice y pulgar para darle dirección y el resto de la mano para agarre y fuerza. Se realizan varios movimientos con el florete de tal forma que se pueda tocar al contrincante sin ser tocado. Por tal razón existe un derecho de ataque que faculta a un tirador (esgrimista combatiendo) que pueda tocar para ganar su punto; por otro lado, el contrincante puede realizar acciones de parada para anular el ataque del contrario, que se realiza con la interacción del arma del contrario desviándola de su objetivo.
Figura 18. Posición de la mano en la empuñadura
Así por ejemplo, como se puede apreciar en la figura 19, el tirador de la derecha está en un acto de ataque conocido como "a fondo", mientras que el de la izquierda realiza una parada para evitar ser tocado sobre la malla conductora y evitar así el punto en su contra. Se puede apreciar los cables conductores hacia la máquina colgantes de la espalda de ambos tiradores.
Figura 19. Típica acción de esgrima ataque "a fondo" – parada
AMBIENTE DE TRABAJO
Es un deporte de salón por lo que se realiza en ambientes cerrados y los floretes al ser guardados se los deja al ambiente, se trabaja en la práctica igualmente en un ambiente cerrado y no tienen contacto con el agua. Generalmente cuando han adquirido óxido se las lija para retirar el óxido superficial o, si se necesita cambiar el cable de la ranura se las somete a disolventes para retirar el anterior adhesivo.
Luego, en la práctica del deporte en sí, se las somete a cargas rápidas sobre toda la hoja que dependiendo de la magnitud de la carga llegan a flejar de forma elástica o plástica, cuando se ha deformado plásticamente se procede a un enderezamiento manual, mientras que si ha producido la ruptura de la descarta utilizando una nueva. Sometidas a golpeteo intenso entre ellas que significa aplicaciones de cargas puntuales a lo largo de la hoja.
a |
b |
Figura 20. a) Deformación, b) Golpeteo
CONDICIONES NORMALES DE TRABAJO
En un combate generalmente se realizan acciones rápidas y de fuerza, lo que significa que la hoja de esgrima está normalmente trabajando a recibir grandes descargas de fuerza con una deformación que debe reestablecerse o más rápido posible luego de dejar de aplicar la carga sobre está, tal es el caso que se puede realizar una maniobra llamada "coupé" que es solo con la fuerza de la mano sobre la hoja hacer que esta tome una curvatura tal que llegue a tocar al contrario. Actualmente esta práctica ha perdido un poco su efectividad debido a los nuevos tiempos de calibración de las máquinas antes mencionados (funcionamiento).
De tal manera, la hoja está sometida a esfuerzos de flexión e impacto altos que generan tensiones en su superficie. Estos esfuerzos regulados por la fuerza de arremetimiento se manifiestan en la deformación ya sea plástica o elástica de la hoja. Además los esfuerzos a los que está sometida la hoja son cíclicos de frecuencia variable y al azar, de diversa amplitud.
Así, dependiendo del fabricante de la hoja, cada una tiene características diferentes de dureza y elasticidad y un tiempo determinado de vida útil que también tiene que ver con el estilo de esgrima que practique la persona que utilice la hoja. Así citando a Linkthealmighty, en un panel de discusiónà : "Tengo un amigo que está buscando una nueva hoja eléctrica de florete, y no conoce nada acerca de hojas de florete por lo que no sabe entre cual escoger. Una barata puede ser buena, como por el mmento recién ingresó al club pero aspira allegar a torneos. De lo que yo sé el está utilizando una vieja (y me refiero a muy vieja) hoja triplett de práctica, nunca la he usado pero lo que pienso es que no es lo suficientemente flexible comparada con la que yo he usado (Vnitti y una vieja FL). El también ha usado las armas que el club proporciona, que son hojas Dynamo y moderadamente flexibles. El es un esgrimista bastante defensivo que tiene rápidos movimientos de parada, respuestas y remisas. No sé que más decir sobre él mas que el precio sería un gran obstáculo para él (pero gracias por responder también hojas con precios más altos para futura referencia)"
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Figura 21. El "coupé" y distintos estilos de esgrima
TEORÍA DE FUNCIONAMIENTO
La hoja de esgrima debe obedecer la reglamentación FIE y el competidor debe tocar sobre el área válida para obtener puntuación. Al estar la hoja sometida a un riguroso control en cuanto a sus propiedades mecánicas para poder soportar las cargas deformantes durante el combate, el material y su proceso de fabricación tienen una amplia incidencia en cuanto a su durabilidad y desempeño. Por esta razón cada competidor debe presentar antes de la competencia dos floretes antes de empezar, que son revisados en cuanto a peso sobre la punta, marcas superficiales, deflexión (reglamento FIE).
Citando a tbrian en un foro de discusiónÄ referido a la vida útil de las hojas de esgrima: "Todas las hojas eventualmente llegan a romperse. Algunas en realidad si duran mucho más que otras. Sobre la vida útil de la hoja también tiene un impacto el estilo de esgrima de cada uno, la gente contra la que compites y la forma en la que cuidas las hojas mientras no estás combatiendo".
Lo que nos lleva a tres factores a tomar en cuenta sobre el correcto funcionamiento de la hoja de esgrima: proceso de fabricación (incluidos sus procesos de maquinado y tratamientos térmicos), material (reglamentado por la FIE), estilo de esgrima (dependientes de cada persona).
FUNDAMENTO TEÓRICO
El proceso de fabricación de una hoja de esgrima se lo realiza según normas FIE con una diferencia vital, algunos fabricantes lo hacen a mano y otros con forjas automáticas.
La forja en caliente es un tratamiento metalúrgico que mejora la homogeneidad del acero reduciendo los efectos de la segregación, aumentando la compacidad soldando las discontinuidades internas no oxidadas y afinando el grano de austenita.
La formación de fibra (estiramiento de las impurezas o inclusiones) genera propiedades direccionales, mejorando las longitudinales en detrimento de las transversales, esto hace que sea necesario un calentamiento de toda la pieza de manera uniforme al realizar este proceso de deformación plástica debido a que si existe una gran diferencia de temperaturas entre la superficie y el corazón de la pieza no van a tener la misma plasticidad.
La diferencia esencial entre realizarlas a mano y en forjas y máquinas automáticas es la homogenización del proceso en la hoja como producto final y en el rango de diferencia entre las características individuales de cada hoja. Por un lado, las elaboradas a mano van a ser diferentes la una de la otra mientras que al hacerlas en forjas y máquinas automáticas, el producto obtenido puede asegurarse con una mayor homogeneidad una de otra.
Al hacerlo en forjas automáticas se puede evitar pequeños errores que le obrero puede cometer, defecto con el martinete de forja y tiempos de forja entre pasada y pasada a una temperatura determinada. Pero de igual manera aunque las características sean un tanto diferentes depende de la comodidad del competidor en el gusto por una u otra hoja y el precio del mercado.
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Figura 22. Fabricación a mano y en forjas y máquinas automáticas
En la figura 22 se puede apreciar a un obrero de la casa Leon Paul y a las forjas y máquinas CNC de la casa Blaise Fréres. Citando a oiuyt de un foro de discusiónÀ sobre la diferencia entre las hojas elaboradas a mano y las elaboradas en máquina: "Las espadas que uso son BF de triplette a las cuales me cambié debido a que en algún punto del tiempo ante cualquier golpe duro se doblaban enteramente. Pedí prestada una BF a un amigo y descubrí que realmente me gustaba su balance y cambié mis 2 armas principales. No he tenido ningún problema, y en mi experiencia, se puede poner cualquier curva en ellas sin que nada las afecte, casi nunca las necesito enderezar y mucho menos una hoja nueva…"
Los tratamientos térmicos dan características al grano del acero en cuanto a sus propiedades mecánicas. En cuanto a la homogenización que iguala la composición o la homogeniza, de una estructura dendrítica segregada mediante la difusión en estado sólido tratando así de uniformizar las propiedades mecánicas y físicas, y de forma particular el evitar la susceptibilidad a la corrosión intergranular. Se lo realiza a una temperatura abajo de la de la línea de solidus ya que la velocidad de difusión aumenta comparada con la de temperatura ambiente, pero también se debe tener cuidado de no pasar esta línea debido a que puede ocurrir un derretimiento de las fronteras de grano dañando así las propiedades físicas y de forma.
Siendo el envejecimiento una de las dos formas para aumentar la resistencia y dureza de una aleación, como es el caso de la hoja de esgrima, es de gran importancia. Se la realiza mediante dos procesos, el de solubilización y el de envejecido.
Por un lado, la solubilización consiste en sobresaturar la aleación de un componente recalentando el acero hasta que todo el componente a sobresaturarse se disuelva totalmente en el otro teniendo una estructura homogénea y luego enfriarlo a temperatura ambiente. El proceso de envejecido por otro lado, hace que el componente en exceso de la solución homogénea sobresaturada que se encuentra en estado inestable, salga y se precipite. Existen varias teorías cobre cómo endurece el precipitado a la aleación pero el más actual sugiere que las partículas del precipitado al sobresaturarse emigran hacia ciertos planos cristalográficos que al ser sometidos luego al proceso de envejecimiento se distorsionará la matriz de tal forma que estas distorsiones evitarán el movimiento de las dislocaciones y al mismo tiempo incrementa la dureza y la resistencia.
El acero utilizado para las hojas de florete es el tipo de acero conocido como Maraging que se diferencia del resto debido a que es endurecido por una reacción metalúrgica que no involucra carbono. Luego, son reforzados con componentes intermetálicos cono Ni3Ti y Ni3Mo que se precipitan alrededor de 500ºC. Típicamente y como se ha mostrado en la composición química tiene un alto contenido de níquel, cobalto y molibdeno mientras que el carbono es esencialmente una impureza debido a que puede formar carbonato de titanio que puede afectar de manera adversa las propiedades del material. Sus propiedades de solubilidad y fuerza son buenas. Al mismo tiempo que su dureza a bajas temperaturas sobrepasa a aquellas de aleaciones de acero de bajo contenido de carbono de fuerza similar. Su costo a pesar de ser alto resulta un tanto económico al momento de maquinar y tratar térmicamente debido a la facilidad que poseen para estos procesos.§
Las hojas de acero maraging tiene un costo superior a las de acero al carbono pero su resistencia elástica es de 2000MNm-2 y un periodo de vida más largo. Al mismo tiempo que el tamaño del defecto crítico para la fractura rápida del acero maraging es más de cuatro veces mas larga que en los aceros al carbono estándares, explicando así su duración. Sin embargo, este acero todavía tiene una fractura frágil teniendo así un borde agudo que puede penetrar en la ropa del contrincante causando daños.¨
El tipo de esgrima es un factor también importante debido a que las hojas se las vende con varias características de rigidez o flexibilidad, haciéndolo con tratamientos superficiales o cambios en las medidas de la sección transversal que pueden según un panel de discusióny ser diferenciados por los colores de las hojas así: la blanca, azul y dorada (siendo la blanca la más rígida). El competidor las compras dependiendo de su estilo de esgrima siendo este tan diverso que para poder escoger una hoja el esgrimista toma a consideración el balance, flexibilidad, punto de control que tan solo se puede sentirlas utilizándolas.
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Figura 23. Distintos estilos de esgrima
De cierto modo, sin excluir totalmente el estilo de esgrima utilizado, las hojas deben tener una alta resistencia mecánica a la ruptura y cumplir con normas exigentes de tenacidad ya que las energías de impacto y deformación empleadas en el deporte son altas y la hoja es la encargada de responder a ellas.
SUPERFICIE DE FRACTURA
La fractura de la hoja que se presenta para este análisis se produjo durante un combate, mientras el atleta derecho performaba una acción de ataque, rompiéndose mientras se producía el toque al contrario, la característica del toque es el doblez de la hoja que se produjo hacia el lado contrario en È y no normalmente Ç luego de haber realizado el toque. La hoja se rompió en dos partes como se indica en la figura 4 y 5.
Luego de analizar visualmente las dos superficies de fractura se nota que la superficie que se ubica sobre la parte de la hoja más cerca de su soporte (fig. 4) posee más marcas y/o son más claras, fáciles de observar para su posterior análisis.
La superficie no necesita limpieza y se encuentra en perfecto estado al momento de realizar la inspección macroscópica, al ser muy pequeña sección se recurre al microscopio para encontrar claramente las marcas características que facilitan su análisis.
Figuras anexas: 4 – 16
DESCRIPCIÓN DE LA SUPERFICIE DE FRACTURA
La sección tiene aproximadamente 45x31mm, con una ranura en un lado, en su parte media, que sirve para alojar el cable eléctrico pasante (aproximadamente 0.7mm). Al no existir una disminución en la sección de la fractura se determina que fue debido a esfuerzos de tracción compresión simultáneos en un material frágil. A simple vista se pueden apreciar tres zonas (Fig. 11, Fig. 12) que se han denominado Zi, Za, Zd, zona de inicio de fractura, zona de avance de fractura, zona de desgarre o final, respectivamente ya que en cada una de estas zonas se encuentran marcas y puntos diferentes.
Lo que ha llevado a establecer estas zonas es el borde » 45º que recorre desde aproximadamente la punta izquierda superior hasta el punto izquierdo inferior, lo que indica que la fractura fue avanzando del punto A al punto D (fig. 6). De igual manera se nota un borde similar en el avance desde A hasta B formando un valle entre los puntos ABD. Y, se nota un avance en el borde desde B hacia C formando un pico.
Desde el pico hasta el borde derecho en donde se ha producido la ruptura final de la hoja se nota un gran valle gris, fibroso que se puede decir desgarrado a » 45º característico. Luego, en la parte complementaria de la hoja (fig. 8, 9 y 10) se puede apreciar claramente este valle sobre el punto G que avanza hacia un pico en el punto E donde se produciría la ruptura final de la hoja, debido a la excesiva deformación plástica que se presenta.
El borde de avance de A hacia B (fig. 6) se hace notorio en el desgarre de material, que aparece como valle en la parte complementaria de la hoja entre F y D (fig. 8, 9)
De esta manera se tiene en la fig. 7 un esquema de avance de la fractura debido a la fatiga del material en forma normal desde A hacia B y D por la trayectoria que sigue la línea punteada a y desde C hacia E por la trayectoria de la línea punteada b de manera más acelerada debido a la energía acumulada en el concentrador de esfuerzos B que se encuentra en la ranura.
Marcas de playa que confluyen hacia A en donde comenzó situándose la marca de inicio en este punto luego, estas marcas se propagan hacia B y D.
En el punto B se nota un cambio brusco de marcas hasta llegar a C en donde se nota un pico (fig. 6). Luego, de C en adelante hacia la derecha de notan marcas de desgarre.
Luego de la inspección superficial de la fractura se recurre a un examen en sus superficies aledañas encontrando así varias marcas de deformación plástica en los bordes de la hoja fácilmente reconocibles, como se muestra en el punto I de la fig. 13 a lo largo de toda la hoja n en ambas direcciones. Así, cerca de la fractura se encuentran puntos similares K que pueden haber estado situados sobre el inicio de la fractura o en algún punto de su borde que sirvieron de avance a la misma (J).
El punto de inicio, visible como el punto A de a fig. 6 es al cual convergen las marcas de playa, y bordes de desgarre en dirección del avance de la fractura hacia puntos específicos (B, D) como ya se explicó anteriormente.
Igualmente se encontró en superficies aledañas al punto, diferentes marcas con deformación plástica debido al impacto que existe entre las hojas al momento del combate.
TEORÍA DE FRACTURA
Al estar la hoja sometida a ciclos de esfuerzos, el comportamiento de la fatiga del material está asociado a dos razones. Uno al estar bajo cargas relativamente altas que producen deformaciones plásticas en cada ciclo en los cuales la vida útil de la hoja queda reducida debido a la fatiga del material. Otro relacionado con cargas que no sobrepasan el límite elástico del material en los cuales la vida útil del material a la fractura es mayor. Las fallas de fatiga son progresivas y que empiezan como grietas pequeñas por esfuerzo que crecen bajo la acción de estos esfuerzos cíclicos. Las superficies de fractura de una falla típica de fatiga tienen una parte de fatiga, una parte de tensión y un desgarramiento por cizalladura final.
Figura 24. Fatiga debida a tracción – compresión con cargas nominales altas
Las fallas de fatiga por flexión representan un número significativo de todas las fallas mecánicas. Puesto que la carga aplicada es distribuida casi igualmente sobre la superficie completa transversal, todo daño que reduce la superficie transversal aumentará la carga o el esfuerzo en ese punto y aumenta el esfuerzo.
Los sitios en los cuales generalmente empiezan las fisuras incluyen rayaduras, fallas de maquinado, rugosidades, al mismo tiempo que las mismas cargas cíclicas aplicadas. Conocidos como concentradores de esfuerzo por ser discontinuidades visibles (o microscópicas) que causan un aumento en el esfuerzo local sobre la hoja durante la carga. De las marcas aledañas encontradas al punto de inicio. Al tener contacto de metal con metal durante el combate que resulta en abolladuras (I) fig. 13; o en un comienzo, se debe hacer todo lo posible para impedir daños mecánicos superficiales sobre las hojas durante el proceso.
El ciclo de exceder continuamente la resistencia máxima del material se repite durante el combate y causa grietas de fatiga por esfuerzo en el lado cóncavo de la flexión. Una grieta pequeña por fatiga se forma en la base del elevador del esfuerzo y se propaga perpendicular a la línea de esfuerzo o al eje del cuerpo de la hoja. Al mismo tiempo, el enderezamiento en frío de la barra deforma la estructura granular a un punto inferior a la temperatura de recristalización, lo que impone una tensión en la hoja que va acompañada de su efecto de endurecimiento.
En este caso estudiado, al estar en flexión y haberse producido una grieta en su lado cóncavo debido a la tracción de las fibras en este punto o haberse facilitado debido a alguna abolladura superficial, se supone que empezó la fatiga en este punto.
A la vez que la grieta de esfuerzo por fatiga avanza poco a poco, las superficies de fractura complementarias en ambos lados de la hoja opuestas al frente de la grieta que avanza tratan de separarse bajo la carga y estas superficies se vuelven lisas y pulidas de la raspadura debida a las acciones de tracción compresión que experimentan, se propaga alrededor de algunos granos teniendo así la superficie de apariencia plana y sin características. Esta etapa puede ser muy pequeña o grande dependiendo de las cargas.
Mientras la fisura va avanzando lo hace con mayor velocidad debido a la falta de material que ahora es encargado de sostener la fisura. Además generalmente avanza en sentido perpendicular las cargas aplicadas. Debido a esto, se produce un ligero redondeo en la punta de la fisura mientras va avanzando así: cuando la carga de tracción es aplicada avanza incrementando su ancho en las puntas en un ángulo de 45º relativos al plano de la fisura, redondeando su punta; cuando llega la carga de compresión el sentido de corte se invierte formando una nueva punta de avance que seguirá el proceso con el nuevo ciclo que tendrá carga de tracción.
Los daños superficiales aumentan los esfuerzos durante las cargas aplicadas, con la potencialidad de ocasionar fallas. El tipo de daños y su orientación contribuye a este efecto de esfuerzos mayores. La orientación del daño contribuye a mayores esfuerzos con daño transversal teniendo un aumento de esfuerzos sobre aquellos asociados a daño longitudinal.
Luego, el punto B y/o G considerado como concentrador de esfuerzos por ser la esquina de la ranura creará una mayor concentración de esfuerzo. Así también las marcas aledañas como la marca en el punto K (fig. 14). Las hojas con indicaciones de daños superficiales no deben ser usadas y deberán cambiarse, como también está estipulado en la reglamentación FIE.
De esta manera se forman las marcas de playa distintivas en la pieza (fig. 24), que avanzan hasta el tamaño de fisura crítico que se encuentra al alcanzar al punto B (fig. 6).
| a) carga cero b) carga de tracción pequeña c) carga de tracción máxima d) carga compresiva pequeña e) carga compresiva máxima f) carga de tracción pequeña |
Figura 25. Ilustración esquemática de los mecanismos de propagación de fisuras
Una vez alcanzado el punto B la energía de la fisura aumentó considerablemente formando el pico en el cual hubo un ligero arranque de material justo en el concentrador de tensiones de la ranura como se puede ver en G (fig. 10) y luego terminó con la ruptura final del material.
CONCLUSIÓN
El análisis muestra que las fallas por fatiga ocurrieron por concentradores de tensiones producidos por impacto y cargas cíclicas extremas.
La propagación del punto de inicio se produjo de forma normal y con una etapa larga en donde recibió varias cargas cíclicas (diversas marcas de playa), hasta encontrar el concentrador de tensiones que hizo que se acelere el proceso.
Aunque no se ha hecho el análisis químico ni de resistencia del material se asume que es de la especificación de las normas por lo que su tenacidad debe ser grande.
La ranura en donde se aloja el cable es un gran concentrador de tensiones que acelera el proceso de la fractura hacia el desgarre inmediato de la hoja.
El golpeteo intenso al cual están sometidas las hojas genera varios puntos predispuesto al surgimiento de fallas por fractura. Igualmente el estar sometidas a cargas cíclicas diversas que generan grietas sobre la hoja.
Se encuentra de vital importancia el hacer notar que los concentradores de esfuerzos como abolladuras en el combate no pueden ser disminuidos ni evitados debido a que son parte de la práctica por lo que es recomendable que el ateta busque una hoja que favorezca sus necesidades en cuanto a su estilo de esgrima se refiere, para alargar la vida útil de las hojas.
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http://www.utahfencing.org/image_manager/foil_pic_4.jpg
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http://www.fie.ch/download/rules/fr/RTECHN.pdf
FIGURA 4 – 15
Anexas – fotografías en microscopio
FIGURA 16.
Hutton
FIGURA 19.
http://www.gwentswordclub.co.uk/images/jumpback.jpg
FIGURA 20.
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FIGURA 21.
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FIGURA 22.
http://www.leonpaul.com/download/download.htm
http://www.blaise-freres.fr/Page1.html
FIGURA 23.
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FIGURA 24.
Society for Experimental Stress Analysis
FIGURA 25.
Echeverría
ANEXOS
- Medidas de las probetas para ensayo de tracción y ensayo Charpy
- Figuras anexas:
Figura 4. Parte de aloja en la que se encuentra la fractura analizada.
Figura 5. Parte del ahoja complementaria.
Figura 7. Esquema de avance de la fractura
Figura 8. Puntos de referencia
Figura 9. Puntos de referencia
Figura 10. Puntos de referencia
Figura 11. Zonas de la superficie de fractura
Figura 12. Zonas de referencia a la superficie de fractura
Figura 13. Puntos comunes a lo largo de la hoja
Figura 14. Puntos aledaños a la fractura
Figura 15. Marca de punto aledaño a la fractura
Carlos Cevallos
Escuela Politécnica Nacional
Ingeniería Mecánica
Quito – Ecuador
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