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Paulo Emílio Valadão de Miranda | Professor Titular UFRJ

Falhas

Fraturas

Tipos de fraturas:

a) Fratura Dúctilb) Fratura moderadamente

dúctilc) Fratura frágil

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Falhas

Estágios da fratura dúctil, tipo taça e cone:

a) Empescoçamento inicialb) Formação de cavidadesc) Coalescência de

cavidades para formar trinca

d) Propagação da trincae) Fratura por cisalhamento

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Falhas

Fratura dúctil

Fratura tipo taça e cone no alumínio

Micro vazios associados à fratura dúctil, revelados por Microscopia Eletrônica de

Varredura

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Falhas

Fratura dúctil

Fractografia eletrônica por varredura

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Falhas

Marcas de sargento em forma de V

Fratura frágil em aço doce

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Falhas

Fratura frágil

Nervuras radiais em formato de leque

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Falhas

Grãos

Caminho de propagação da trinca

Morfologia de fratura transgranular ou

transcristalina em ferro fundido dúctil

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Falhas

Grãos

Caminho de propagação da trinca

Morfologia de fratura intergranular ou

intercristalina

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Falhas

a) Geometria de trincas superficiais e internas

b) Perfil de tensões esquemático ao longo da linha X – X’

Trincas: concentração de tensões

Tensão máxima

= Tensão trativa nominal

Fator de intensidade de tensão

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Falhas

TrincasOnde:

σm = Tensão máxima, na extremidade da trinca

σ0 = Tensão de tração nominal

σc = Tensão crítica

E = Módulo de elasticidade

γs = Energia de superfície específica

a = Comprimento de uma trinca superficial -metade do comprimento de uma trinca interna

ρ0 = Raio da extremidade da trinca

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FalhasMecânica da Fratura Linear Elástica

OndeKc=Tenacidade à fraturaKIc=Tenacidade à fratura em deformação planaY=Parâmetro que depende da geometria e do tamanha da trinca e das tensões.σc=Tensão críticaa=Comprimento de uma trinca superficial/metade do comprimento de uma trinca

interna

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Falhas

I

III

II

Modos de Deslocamento de trincas

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Falhas: Ensaios de Fratura por Impacto

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Falhas

Transição dúctil-frágil

Morfologias de fratura de Aço A36 testados em Charpy com entalhe em V

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Falhas

Transição dúctil-frágil

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Falhas

Transição dúctil-frágil

Efeito do teor de carbono no aço

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Falhas: Fadiga

Ciclos de tensão a) reverso simétrico; b) assimétrico e c) aleatório

= -1

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Falhas

Fadiga

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Falhas

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Fadiga de Componentes Reais

1 – Hydraulic Actuator2 – End Support Assembly3 – Transverse Load Frame4 – Connector5 – Shaft6 – Specimen7 – Grips8 – Driving Mechanism

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Falhas

Fadiga

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Falhas

Fadiga

P = probabilidade de falha

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Falha por Fadiga

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Fadiga

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600MPa

Falha por Fadiga

600X

25X 500X

Drill pipe API S –135 grade steel

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Fadiga em Liga de Al

103 104 105 106 1070

50

100

150

200

250

300

350

400

σ a(M

Pa)

Number of Cylces

S - N diagram for D16T alloy� small scale results full scale results

33X

50X

Nucleação e Crescimentode Bandas de Deslizamento

Ao longo dos ciclos cresce o número e a densidade de bandas e adeformação plástica acumulada em cada uma delas;Nos locais de deformação plástica mais severa as bandas de deslizamentorecebem a denominação de bandas de deslizamento persistentes.

λφστ coscos=Fator de Schmid. A tensão cisalhante é resolvida no sistema de deslizamento.

Bandas de DeslizamentoEssa deformação plásticaé extermamentelocalizada e se manifestana forma de bandas dedeslizamento;A concentração detensão cresce com oaumento do número debandas de deslizamentofazendo com que omaterial acumule cadavez mais deformaçãoplástica, surgindo novasbandas de deslizamento.

Bandas de Deslizamento

Bandas de Deslizamento

a

b c

de

Bandas de Deslizamento

Intrusões e Extrusões

Um conjunto de bandas formam intrusões eextrusões na superfície do material.

Bandas de Deslizamento Persistentes

Iniciação de Trincas (estágio I)Em orientações cristalinascom fator de schmid elevado,a deformação plástica é maissevera, sendo as bandas dedeslizamento desses grãoschamadas de bandas dedeslizamento persistentes;Nas bandas de deslizamentopersistentes a concentraçãode tensões é mais intensa;Quando o material não é maiscapaz de acumulardeformação plástica nasbandas de deslizamentopersistentes uma ou maistrincas são nucleadas.

Propagação de Trincas (estágio II)

Com o crescente número de ciclos a(s) trinca(s)se propagam de maneira dúctil crescendoenquanto na componente trativa, e fechando aponta da trinca na componente compressiva

Marcas de Praia

A propagação datrinca forma relevoscaracterísticos dafadiga, são chamadosde marcas de praia(macroscópicas) eestrias de fadiga(microscópicas)

Estrias de Fadiga

Ruptura Final Estática

Ao atingir umdeterminado tamanhoa seção resistenteremanescente domaterial não suportamais a tensãoaplicada. O materialsofre então rupturafinal estática porsobretensão

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Fluência

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Fluência

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Fluência

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Fluência

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Fluência

Parâmetro de Larson-Miller

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Fluência