8- fratura_fadiga

8- FALHA OU RUPTURA NOS METAISFraturaFlunciaFadiga

Eleani Maria da Costa - DEM/PUCRS

A engenharia e cincia dos materiais tem papel importante na preveno e anlise de falhas em peas ou componentes mecnicos.


FRATURA

Consiste na separao do material em 2 ou mais partes devido aplicao de uma carga esttica temperaturas relativamente baixas em relao ao ponto de fuso do material


FRATURADctil a deformao plstica continua at uma reduo na rea para posterior ruptura ( OBSERVADA EM MATERIAIS CFC)Frgil no ocorre deformao plstica, requerendo menos energia que a fratura dctil que consome energia para o movimento de discordncias e imperfeies no material ( OBSERVADA EM MATERIAIS CCC E HC)O tipo de fratura que ocorre em um dado material depende da temperatura


FRATURAFraturas dcteisFratura frgilO tipo de fratura que ocorre em um dado material depende da temperatura


FRATURA DCTILE ASPECTO MACROSCPICO


MECANISMO DA FRATURA DCTILa- formao do pescoob- formao de cavidadesc- coalescimento das cavidades para promover uma trinca ou fissurad- formao e propagao da trinca em um ngulo de 45 graus em relao tenso aplicadae- rompimento do material por propagao da trinca


FRATURA DCTILE ASPECTO MICROSCPICO


FRATURA FRGILASPECTO MACROSCPICOA fratura frgil (por clivagem) ocorre com a formao e propagao de uma trincaque ocorre a uma direo perpendicular aplicao da tenso


FRATURA FRGILASPECTO MACROSCPICOIncio da fratura por formao de trinca


FRATURA TRANSGRANULAR E INTERGRANULARTRANSGRANULARINTERGRANULARA fratura passa atravs do groA fratura se d no contorno de gro


EXEMPLO DE FRATURA SOB TRAO EM MATERIAIS COMPSITOSEx: Liga de alumnio reforada com partculas de SiC e Al2O3A fratura da partcula se d por clivagem, ou seja, ocorre ao longo de planos cristalogrficos especficos


FLUNCIA (CREEP)Quando um metal solicitado por uma carga, imediatamente sofre uma deformao elstica. Com a aplicao de uma carga constante, a deformao plstica progride lentamente com o tempo (fluncia) at haver um estrangulamento e ruptura do materialVelocidade de fluncia (relao entre deformao plstica e tempo) aumenta com a temperaturaEsta propriedade de grande importncia especialmente na escolha de materiais para operar a altas temperaturas


FLUNCIA (CREEP)Ento, fluncia definida como a deformao permanente, dependente do tempo e da temperatura, quando o material submetido uma carga constanteEste fator muitas vezes limita o tempo de vida de um determinado componente ou estrutura

Este fenmeno observado em todos os materiais, e torna-se importante altas temperaturas (0,4TF)


FLUNCIA (CREEP)

FATORES QUE AFETAM A FLUNCIATemperaturaMdulo de elasticidadeTamanho de groEm geral: Quanto maior o ponto de fuso, maior o mdulo de elasticidade e maior a resist. fluncia.Quanto maior o o tamanho de gro maior a resist. fluncia.


PERGUNTASPor qu um tamanho de gro grande favorece uma maior resistncia fluncia?

O que significa temperatura equicoesiva (TEC)?


ENSAIO DE FLUNCIABibliografia: V. Chiaverini, Tecnologia Mecnica, Vol. 1

Ler mais sobre fluncia no Van Vlack pg 152


ENSAIO DE FLUNCIA executado pela aplicao de uma carga uniaxial constante a um corpo de prova de mesma geometria dos utilizados no ensaio de trao, a uma temperatura elevada e constanteO tempo de aplicao de carga estabelecido em funo da vida til esperada do componenteMede-se as deformaes ocorridas em funo do tempo ( x t)


Curva x t

Estgio primrio: ocorre um decrscimo contnuo na taxa de fluncia ( = d/dt), ou seja, a inclinao da curva diminui com o tempo devido ao aumento da resistncia por encruamento.


Curva x tEstgio secundrio: a taxa de fluncia ( = d/dt) constante (comportamento linear). A inclinao da curva constante com o tempo devido 2 fenmenos competitivos: encruamento e recuperao.O valor mdio da taxa de fluncia nesse estgio chamado de taxa mnima de fluncia (m), que um dos parmetros mais importantes a se considerar em projeto de componentes que deseja-se vida longa.


Curva x tEstgio tercirio: ocorre uma acelerao na taxa de fluncia ( = d/dt) que culmina com a ruptura do corpo de prova. A ruptura ocorre com a separao dos contornos de gro, formao e coalescimento de trincas, conduzindo a uma reduo de rea localizada e consequente aumento da taxa de deformao


FADIGA a forma de falha ou ruptura que ocorre nas estruturas sujeitas foras dinmicas e cclicas Nessas situaes o material rompe com tenses muito inferiores correspondente resistncia trao (determinada para cargas estticas) comum ocorrer em estruturas como pontes, avies, componentes de mquinasA falha por fadiga geralmente de natureza frgil mesmo em materiais dcteis.


FADIGA

A fratura ou rompimento do material por fadiga geralmente ocorre com a formao e propagao de uma trinca. A trinca inicia-se em pontos onde h imperfeio estrutural ou de composio e/ou de alta concentrao de tenses (que ocorre geralmente na superfcie)A superfcie da fratura geralmente perpendicular direo da tenso qual o material foi submetido


FADIGA

Os esforos alternados que podem levar fadiga podem ser:TraoTrao e compressoFlexoToro,...


RESULTADOS DO ENSAIO DE FADIGACURVA -N OU CURVA WOHLER

A CURVA -N REPRESENTA A TENSO VERSUS NMERO DE CICLOS PARA QUE OCORRA A FRATURA.

Normalmente para N utiliza-se escala logartmica


PRINCIPAIS RESULTADOS DO ENSAIO DE FADIGA Limite de resistncia fadiga (Rf): em certos materiais (aos, titnio,...) abaixo de um determinado limite de tenso abaixo do qual o material nunca sofrer ruptura por fadiga.Para os aos o limite de resistncia fadiga (Rf) est entre 35-65% do limite de resistncia trao.


PRINCIPAIS RESULTADOS DO ENSAIO DE FADIGA Resistncia fadiga (f): em alguns materiais a tenso na qual ocorrer a falha decresce continuamente com o nmero de ciclos (ligas no ferrosas: Al, Mg, Cu,...). Nesse caso a fadiga caracterizada por resistncia fadiga


PRINCIPAIS RESULTADOS DO ENSAIO DE FADIGA Vida em fadiga (Nf): corresponde ao nmero de ciclos necessrios para ocorrer a falha em um nvel de tenso especfico.


ENSAIO DE FADIGA E LIMITE DE FADIGABibliografia: V. Chiaverini, Tecnologia Mecnica, Vol. 1

Ler mais sobre fadiga no Van Vlack pg 157


FATORES QUE INFLUENCIAM A VIDA EM FADIGATenso Mdia: o aumento do nvel mdio de tenso leva a uma diminuio da vida tilEfeitos de Superfcie: variveis de projeto (cantos agdo e demais descontinuidades podem levar a concentrao de tenses e ento a formao de trincas) e tratamentos superficiais (polimento, jateamento, endurecimento superficial melhoram significativamente a vida em fadiga)Efeitos do ambiente: fadiga trmica (flutuaes na temperatura) e fadiga por corroso (ex. pites de corroso podem atuar como concentradores de corroso)

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