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Fluência

Fluência é a deformação permanente que ocorre em um material em função do tempo, quando o mesmo está sujeito a cargas (ou tensões) constantes em temperaturas elevadas (T > 0,4TM ).

# carga (ou tensão) constante# temperatura constante# deformação plotada em função do tempo (geralmente 1000h=42 dias ou vida útil esperada do material)

Estágios da fluência

1. Deformação instantânea, principalmente elástica2. Fluência primária: ocorre alongamento, mas a

velocidade de fluência decresce com o tempo – endurecimento por deformação

3. Fluência secundária: taxa de deformação é constante – endurecimento + recuperação

4. Fluência terciária: grande taxa de deformação até a fratura devido formação de trincas, separação de contorno de grão, pescoço, etc. Geralmente o teste de fluência é interrompido antes de chegar no estágio III.

Estágios da fluência

1. Deformação instantânea, principalmente elástica2. Fluência primária: ocorre alongamento, mas a

velocidade de fluência decresce com o tempo – endurecimento por deformação

3. Fluência secundária: taxa de deformação é constante – endurecimento + recuperação

4. Fluência terciária: grande taxa de deformação até a fratura devido formação de trincas, separação de contorno de grão, pescoço, etc. Geralmente o teste de fluência é interrompido antes de chegar no estágio III.

Parâmetros da fluência

O estágio secundário da fluência é o mais longo e importante. A taxa de fluência no estado estacionário para aplicações em vida longa é:

A inclinação da curva = velocidade de fluênciaOutro parâmetro importante na situação de

fluência em vida curta é o tempo de ruptura tf.

Efeitos da tensão e temperatura

Com o aumento da tensão ou temperatura:

• A deformação instantânea aumenta

• A taxa de fluência no estado estacionário aumenta

• O tempo de ruptura decresce

Efeitos da tensão e temperatura

Efeitos da tensão e temperatura

Efeitos da tensão e temperatura

Ni5.5Al8.5Cr0.7Mo3Ta1Ti10W (wt.%)1000 ºC sob ar

ε/t

logε/t

Efeitos da tensão e temperatura

A dependência da tensão/temperatura na taxa de fluência no estado estacionário´pode ser descrito por:

& . .expε σSn cK Q

RT= −⎛⎝⎜

⎞⎠⎟2

K2 constanten inclinação da curvaQc energia de ativação para fluênciaR constante universal dos gasesT temperatura absoluta

Critérios para tempo de vida em fluência

* para temperaturas e/ou tensões elevadas:tr => tempo de ruptura por fluência.

* para componentes com vida mais longa:=> taxa de fluência no estágio estacionário.&ε S

Ni-C

Ni-C

Mecanismos de fluência

Diferentes mecanismos são responsáveis pela fluência em diferentes materiais e sob diferentes cargas e condições de temperaturas:

• Movimento das discordâncias• Escalagem das discordâncias• Deslizamento no contorno de grão• Formação de subgrãos devido a ascensão de discordâncias• Difusão por contorno de grão• Difusão de lacunas

Difusão Deslizamento e escalagem de discordâncias

Exemplo: Os aços austeníticos possuem maior energia de difusão de lacunas que os aços ferriticos, sendo portanto um dos fatores que os torna mais resistentes a fluência que os aços ferriticos.

Um refino de grão pode ser prejudicial a resistência a fluência, o inverso observado para a resistência a temperatura ambiente.

Mecanismos de fluência

σ 0 20≅

GTensão de cisalhamento teórica

Mecanismos de fluência

Mecanismo de deslizamento de discordâncias

& & exp .ε ε σS

SkT

ba= −−⎛

⎝⎜⎞⎠⎟0

S=Gb/l tensão de escoamento no zero absolutok constante de BoltzmanT temperatura absolutaa área de ativaçãob vetor de Burger

Mecanismos envolvendo difusão

Mecanismo por escalagem de discordâncias

&ε σS V

n

KD GbkT G

= ⎛⎝⎜

⎞⎠⎟

Mecanismo de transporte de matéria por difusão

& ,ε δ σS C C

BK Dd kT

=Ω

3& ,ε σ

S NH NHVK D

d kT=

Ω2

Coble Nabarro-Herring

Kíndice constantesDV coeficiente de difusão no volume dos grãosDB coeficiente de difusão nos contornos de grãoG módulo de cisalhamento

δ

espessura do contorno de grãoΩ

volume atômicod tamanho de grãok constante de BoltzmanT temperatura absoluta

b vetor de Burger

Extrapolação de dados

* Parâmetro de Larson-Miller (LMP)

LM P T C tr= +( log ) e LM P K K= +1 2log σ

C, K1 , K2 constantes (C ~ 20)T temperatura absolutatr tempo de ruptura por fluênciaσ

tensão aplicada

LM P T C tr= +( log )

LM P K K= +1 2log σ

Extrapolação de dados

Aplicações de ligas em altas temperaturas(Turbina-jatos, aviões hipersônicos, reatores

nucleares, etc)

A fluência é geralmente minimizada em materiais com:• Alto ponto de fusão• Alto módulo elástico• Grande tamanho de grãos (inibe o deslizamento pelos contornos de grãos - solidificação unidirecional, pecas monocristalinas)

Os materiais resistentes a fluência são:• Aços inoxidáveis• Metais refratários (contendo elementos de alto ponto de fusão como Nb, Mo, W, Ta)• Superligas (a base de Co, Ni – geram endurecimento por solução sólida e fase secundária, que diminui difusividade e mobilidade das discordâncias)

Técnicas de ensaio de fluência

Temperatura de ensaio:

Corpo de prova:

seção circular ou retangular (semelhante ao CP´s do ensaio de tração)

Aquecimento do corpo de prova:

Uniforme até atingir a temperatura de ensaio. Pode ser feito por resistência elétrica, radiação ou indução.

Extensômetros:

Apenas os braços de fixação devem ficar dentro da região aquecida.

Técnicas de ensaio de fluência