COMPORTAMENTO DOS MATERIAIS SOB CARREGAMENTO … · iniciais (contração adicional em valor absoluto igual à deformação viscoelástica), é necessário um ... Ferro fundido Aço

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Universidade Federal do Pará

Curso de Especialização em Construção Naval

Professor: Jorge Teófilo de Barros Lopes

Módulo: Materiais Aplicados à Indústria Naval

PATRIOCÍNIOAPOIO PARCEIROSREALIZAÇÃO

Curso de Especialização em Construção NavalDisciplina - Prof. º

Curso de Especialização em Construção NavalMateriais Aplicados à Indústria Naval – Prof. Jorge Teófilo de Barros Lopes

COMPORTAMENTO DOS MATERIAIS SOB

CARREGAMENTO E TEMPERATURAS ELEVADAS

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➢ Introdução

✓ Estudar os aspectos gerais da resposta de um sólidosob a ação de um esforço mecânico externo.

✓ Serão discutidas as respostas no regime elástico eno regime plástico (cargas estáticas), principalmentedos materiais metálicos, além de algumascaracterísticas especiais de outras classes demateriais.

✓ Também serão estudados os efeitos das taxas dedeformação e da temperatura sobre ocomportamento mecânicos dos materiais, sob osdiversos tipos de carga.

COMPORTAMENTO MECÂNICO DOS MATERIAIS



➢ Ação de cargas estáticas

✓ Carga estática: quando aplicada de maneirasuficientemente lenta, induzindo a uma sucessãode estados de equilíbrio, caracterizando umprocesso quase-estático.

✓ Estudo do comportamento mecânico sob cargasestáticas: ensaios de tração, compressão, flexão,torção e dureza.

✓ Carga constante: quando aplicada durante umlongo período.

✓ Estudo do comportamento em carga constante:ensaio de fluência.


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✓ Ensaio de tração convencional

• Consiste na aplicação gradativa de carga detração uniaxial nas extremidades de um corpo deprova padronizado.

• O resultado de um ensaio de tração é registradona forma de um gráfico ou diagramarelacionando a carga em função do alongamento,mais comumente, a tensão em função dadeformação, onde se distinguem doiscomportamentos, o regime elástico e o regimeplástico.





✓ Ensaio de tração convencional


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✓ Comportamento elástico

• Grande parte dos sólidos apresentam umcomportamento elástico para baixos valores detensão aplicada:

• Ao se aplicar uma tensão no sólido ele sedeformará; enquanto esse valor de tensãopermanecer constante, a deformação tambémpermanecerá constante; se a tensão aplicada forreduzida a zero, o sólido retorna às suasdimensões originais.





✓ Comportamento elástico:

• O comportamento elástico se dá em função dasligações entre as unidades formadoras domaterial, as quais não chegam a se romperquando da aplicação das baixas tensões.

• Os átomos se afastam das posições originaisquando submetidos à carga, mas não ocupamnovas posições.

• A deformação elástica é reversível, portanto nãodissipa energia.


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• Nesta fase, a grande maioria dos materiaisapresenta uma proporcionalidade entre a tensãoaplicada e a deformação, dada pela relação:

• (E) → Constante de proporcionalidade (módulode elasticidade ou módulo de Young): Forneceuma indicação da rigidez do material (resistênciado material à deformação elástica) e dependefundamentalmente das forças de ligação.


E






MaterialTemperatura de fusão

(°C)E

(GPa)Chumbo (Pb)Magnésio (Mg)Alumínio (Al)Prata (Ag)Ouro (Au)Latão (Liga)Titânio (Ti)Cobre (Cu)Níquel (Ni)Aço (Liga)Ferro (Fe)Molibdênio (Mo)Tungstênio (W)Al2O3

327650660962

1064-

166010851453

-1538261034102020

144569727997

107110207207210304407379

Módulo de

elasticidade para

alguns metais à

temperatura

ambiente (Adaptada

de CALLISTER, 2012;

ASKELAND & PHULÉ,

2003).

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✓ Comportamento elástico:

• Neste caso, o gráfico da tensão em função dadeformação resulta em uma relação linear - ainclinação (coeficiente angular) do segmentolinear no diagrama corresponde ao módulo deelasticidade (E) do material (figura).

• Exemplo: O comportamento elástico de um aço edo alumínio à temperatura de 20°C (figura)mostra que o alumínio deforma elasticamentetrês vezes mais que o aço.







Diagrama esquemático tensão-deformação correspondente à

deformação elástica para ciclos de carga e descarga.

Comparação do comportamento elástico de

um aço e do alumínio (Adaptada de ASKELAND &

PHULÉ, 2003)

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• Para alguns materiais, tais como o ferro fundidocinzento, o concreto e diversos polímeros, aregião elástica da curva tensão-deformação não élinear.


Diagrama esquemático tensão-deformação mostrando um comportamento elástico não-linear





• A diferença na magnitude do módulo deelasticidade dos metais, cerâmicas e polímeros éconsequência dos diferentes tipos de ligaçãoatômica existentes nessas três classes de materiais.

• Tensões compressivas, cisalhantes ou torcionaistambém induzem um comportamento elástico.

• Aumento da temperatura → o módulo deelasticidade tende a diminuir para praticamentetodos os materiais, exceto alguns elastômeros.


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Variação do módulo de elasticidade com a temperatura de um PMMA -

polimetilmetacrilato (CALLISTER, 2012)

Variação do módulo de elasticidade com a temperatura para alguns

metais (CALLISTER, 2012)




✓ Comportamento viscoelástico

• Certos polímeros apresentam umcomportamento particular, chamado deviscoelástico.

• Considere um corpo de prova de comprimentoinicial Lo submetido a um esforço σ no instanteto.

• Inicialmente ele sofre uma deformaçãoinstantânea, puramente elástica εel, que obedeceà lei de Hooke.


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• Se o esforço é mantido constante, uma deformaçãoviscoelástica εve aparece ao longo do tempo, e seestabiliza num tempo ta.

• A deformação total εT é igual à soma das duasdeformações εel e εve.

• Essa deformação permanece constante, até que oesforço σ seja eliminado no instante tf.

• o corpo de prova sofre uma contração elásticapraticamente instantânea, de valor absoluto igual aεel.






• Para que o corpo de prova volte às suas dimensõesiniciais (contração adicional em valor absolutoigual à deformação viscoelástica), é necessário umintervalo de tempo igual à dt = ta– to.

• No tempo t = tf + dt o corpo de prova readquiresuas dimensões iniciais, não existindo nenhumadeformação plástica residual.

• O comportamento viscoelástico é reversível, masdissipa parte da energia envolvida nasdeformações.


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✓ Comportamento elástico e viscoelástico


Deformação viscoelástica

σ

tto tf

Tensão constante no intervalo de tempo t1 a t2

σ1

ε

tto tf

Deformação elástica

ε1

ε

tto tf

εel

ta

εve

tf +dt

εT




✓ Comportamento plástico

• À medida que o material continua a sofrerincrementos de tensão, após um certo valor seiniciará uma deformação permanente e nãorecuperável → deformação plástica.

• A deformação plástica ocorre devido à rupturade ligações dos átomos com os seus vizinhosoriginais, seguida da formação de ligações comos novos átomos vizinhos - um grande númerode átomos ou moléculas se move relativamenteuns aos outros.


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• Dessa forma, mesmo que a tensão causadora dadeformação seja removida, os átomos nãoretornarão às suas posições originais.

• Mecanismo da deformação plástica: difere paramateriais cristalinos e amorfos.

• Sólidos cristalinos: a deformação plástica ocorresegundo um processo chamado deescorregamento (ou deslizamento) de planos,que envolve o movimento de discordâncias.






• Sólidos não-cristalinos: tal como em líquidos, oprocesso de deformação ocorre de acordo comum mecanismo de escoamento viscoso.

• Vários parâmetros podem representar ocomportamento plástico dos materiais obtidosdiretamente do ensaio de tração ou a partir deoutros dados dele levantados: limite deescoamento, limite de resistência à tração,ductilidade e módulo de tenacidade.


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• Limite de escoamento (e ou LE): Representa onível de tensão onde a deformação plásticainicia, ou onde ocorre o fenômeno doescoamento – mobilidade das discordâncias edeslizamento de macromoléculas (figura etabela).

• Tensão necessária no projeto da maioria dasestruturas para assegurar que apenas umadeformação elástica ocorrerá quando daaplicação de tensões.





✓ Comportamento Plástico


Descontínuo Contínuo

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• Limite de escoamento (e):


Materialσe

MPaMaterial

σe

Mpa

ConcretoAlumínioPVCCobreLatão (70Cu-30Zn)FerroNíquel

20 35456975

130138

Aço (1020)Ferro fundidoAço inoxidávelTitânioMolibdênioTungstênio

-

180250350450565

1000-

Limite de escoamento para alguns materiais

(GARCIA et al., 2000; CALLISTER, 2012)





• Limite de resistência à tração (u ou LRT): É atensão no ponto máximo da curva tensão-deformação de engenharia, a qual corresponde àtensão máxima que pode ser sustentada por umaestrutura sob tração.

• Após o escoamento a tensão necessária paracontinuar o processo de deformação plásticaaumenta até alcançar um valor máximo (pontoM).


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• Limite de resistência à tração (u ou LRT):

• A partir desse ponto, a tensão diminui até afratura completa do material (ponto F) - issoocorre devido à rápida diminuição da seçãoresistente do corpo de prova ao se ultrapassar atensão máxima.

• A deformação até este ponto é uniforme aolongo da região estreita do corpo de prova que seencontra sob tração.







• Nessa tensão máxima, uma pequena constrição,ou pescoço, começa a se formar em um pontodeterminado (início da fratura), e toda adeformação subsequente fica confinada nestaregião.

• Esse fenômeno é conhecido por estricção ouempescoçamento, e a fratura ocorre nessa regiãodo corpo de prova.


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Comportamento da curva

tensão-deformação de

engenharia até a fratura do

material (Adaptada de

CALLISTER, 2012).






• Os limites de resistência à tração podem variardesde 50 MPa para um alumínio, até um valor de3000 MPa para aços de elevada resistência.

• À tensão aplicada quando da ocorrência dafratura denomina-se resistência à fratura domaterial, f.


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• Ductilidade (Al% ou RA%): Representa umamedida do grau de deformação plástica que omaterial suportou até a fratura.

• Um material que experimenta uma deformaçãoplástica muito pequena ou mesmo nenhumaquando da sua fratura é chamado de frágil.

• Os comportamentos tensão-deformação emtração para materiais dúcteis e frágeis estãoilustrados esquematicamente na figura a seguir:






• Ductilidade (Al% ou RA%):


Representação

esquemática do

comportamento

tensão-deformação em

tração para materiais

dúcteis e frágeis

(Adaptado de

GARCIA et al., 2000).

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• Ductilidade (Al% ou RA%):

• Pode ser expressa quantitativamente tanto peloalongamento percentual como pela redução deárea percentual.


100l

ll%AL

o

of

100A

AA%RA

o

fo






Materialσe

MPau (LRT)

MPaAL%

(em 50 mm)

AlumínioCobreLatão (70Cu-30Zn)FerroNíquelAço (1020)TitânioMolibdênio

356975

130138 180450565

90200300262480380520655

4045684540252535

Propriedades mecânicas de vários metais e ligas no estado

recozido (Adaptada de CALLISTER, 2012).

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• Efeito da temperatura:

• A elevação da temperatura implica num aumentoda mobilidade das discordâncias, numdeslizamento mais fácil das macromoléculas ouainda na ativação de mecanismos de deformaçãoque dependem de difusão, como a ascensão ouescalagem de discordâncias.







• Esses mecanismos contribuem para umadiminuição dos limites de escoamento e deresistência à tração do material e aumento daductilidade com a elevação da temperatura.

• A maioria dos metais possui um grau moderadode ductilidade à temperatura ambiente; contudo,alguns se tornam frágeis à medida que atemperatura é reduzida.


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Variação do módulo de elasticidade com a temperatura de um PMMA - polimetilmetacrilato (CALLISTER, 2012)



➢ Ação de cargas constantes → Fluência

✓ Fundamentos

• A fluência de materiais é muito importante emalguns tipos de projéteis de engenharia,especialmente naqueles em que as peças oucomponentes são colocados em serviço aelevadas temperaturas.

• Exemplo: pás de turbina, geradores de vapor etc.

• É em geral um fenômeno indesejável e, comfrequência, é o fator limitante da vida útil de umapeça.


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✓ Fundamentos

• Fluência é o fenômeno observado como umadeformação permanente e dependente dotempo em materiais submetidos a uma tensãoconstante.

• O fenômeno é observado em quase todos ostipos de materiais de engenharia, mas para osmateriais metálicos adquire importância apenasa temperaturas altas.





✓ Fundamentos

• Considera-se “temperatura alta” para um materialmetálico, aquela em que processos ligados àdifusão começam ter efeitos macroscópicos.

• O termo “alta temperatura” a que um materialmetálico está submetido depende de suatemperatura de fusão.

• Uma temperatura de 800 °C, por exemplo, podeser alta para o cobre (Tf = 1083 °C = 1356 K), masbaixa para o tungstênio (TF = 3422 °C = 3695 K).


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✓ Fundamentos

• Uma forma de apresentar a temperatura em umaescala única para todos os metais se dá por meioda temperatura homóloga (TH).

• Temperatura homóloga (TH): Define-se como arazão entre a temperatura de serviço do materiale a sua temperatura de fusão, ambas em Kelvin.

TH =T

Tf





✓ Fundamentos

• Experimentalmente, observa-se que osfenômenos ligados à difusão começam a terefeitos macroscópicos em um metal quando asua temperatura homóloga atinge o valor de 0,4(alguns autores consideram 0,5).

• Dessa forma, um ambiente com temperatura de400 °C (673 K) já seria suficiente para afetar ocobre (TH = 0,5 > 0,4), mas não o tungstênio (TH =0,18 < 0,4).


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✓ Desenvolvimento da fluência

• A figura a seguir mostra uma representaçãoesquemática do comportamento típico defluência sob carga constante em metais.






• Com a aplicação da carga ocorre umadeformação instantânea, essencialmenteelástica.

• A partir daí, a fluência se desenvolve em trêsfases (regiões I, II e II da figura):

I. Fluência primária ou transiente - caracterizadapor uma taxa de fluência ( ሶ𝜀 = 𝑑𝜀/𝑑𝑡 )continuamente decrescente – o materialencrua (aumenta a resistência) até conseguirsuportar a carga aplicada.


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II. Fluência secundária ou em regime estacionário- caracterizada por uma taxa de fluênciaconstante (em geral, apresenta a duração maislonga) e mínima de todo o processo ( ሶ𝜀𝑚𝑖𝑛) –explicada com base em um equilíbrio entre osprocessos concorrentes de encruamento erecuperação (movimentos de discordâncias) –torna o material mais macio e retém a suahabilidade em experimentar deformação) – afluência do metal ou liga é máxima.






III. Fluência terciária – aceleração da taxa defluência – precede a ruptura do material queocorre no tempo tf (tempo de fratura) – avelocidade de fluência aumenta devido aestricção do material e também devido àformação de cavidades, particularmente noscontornos de grãos.

• Os parâmetros ሶεmin e tf caracterizam a resistênciaà fluência de um material – Quanto < o valor deሶεmin e > o de tf mais resistente à fluência será.


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✓ Efeito da temperatura e da tensão aplicada

• Um aumento de temperatura diminui aresistência à fluência de um material → aumentaሶεmin e diminui tf.





✓ Efeito da temperatura e da tensão aplicada

• De maneira similar, assumindo a temperaturaconstante, ensaios com tensões variáveis mostramque o aumento da tensão aplicada no processodiminui a resistência à fluência → aumenta ሶεmin ediminui tf.

• Metais e cerâmicos cristalinos – fluência pordifusão (movimento de discordâncias e difusãoatômica).

• Polímeros – fluência viscosa, mas a sua taxaaumenta com a tensão e com a temperatura.


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➢ Ação de cargas dinâmicas

✓ Taxa de deformação plástica

• A deformação plástica ocorre por processosindividuais, tais como movimentação dediscordâncias, maclação, deslizamento demacromoléculas etc.).

• Dessa forma, necessitam de um certo intervalode tempo para se completarem.

• Portanto, a taxa de deformação plástica tem umefeito sensível sobre o comportamento mecânicode um material.





✓ Taxa de deformação plástica

• Esse efeito será mais notável à medida que cresceo intervalo de tempo utilizado no processo dedeformação plástica.

• O aumento da taxa de deformação de umcomponente proporciona um aumento da suaresistência mecânica, que será tanto maiselevada quanto maior for o coeficiente desensibilidade à taxa deformação plástica domaterial.


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✓ Esforço de impacto

• Esforço de impacto: esforço mecânico aplicado naforma de altas cargas em um intervalo de tempomuito curto (comuns em engenharia - quedas,colisões, acelerações bruscas etc.).

• A resposta dos materiais a esforços de impacto é,geralmente, muito diferente da obtida no caso deesforços estáticos ou quase estáticos.

• Taxas de deformação: da ordem de 10² a 10³ s-1,muito maior do que as obtidas com a aplicação deesforços quase estáticos (10-5 a 10-1 s-1).





✓ Ensaio de impacto

• Uma das metodologias de avaliação da respostado material a esforços de impacto: chamadosensaios de impacto (Izod e Charpy).

• A carga é aplicada na forma de esforço deimpacto obtido por meio da queda de uma massapendular, de uma altura determinada, sobre apeça a examinar (figura).

• Resultado do ensaio – energia absorvida pelomaterial até a fratura.


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• A principal aplicação refere-se à caracterizaçãodo comportamento dos materiais, na transiçãoda propriedade dúctil para frágil como função datemperatura.

• Possibilita determinar a faixa de temperaturas naqual um material muda de dúctil para frágil.

• Muito utilizado nas indústrias naval e bélica e, emparticular, nas construções que deverão suportarbaixas temperaturas.


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✓ Transição Dúctil-Frágil

• Com o decréscimo da temperatura, os materiaisnormalmente perdem ductilidade.

• Alguns materiais, no entanto, apresentam umamudança excessiva nesse comportamento, o quepode ocorrer em temperaturas de serviço,levando, inclusive, a peça ou componente àfratura.

• Essa transição é relacionada com a temperaturapela energia de impacto medida no ensaio.






• Temperaturas mais elevadas - energia de impactorelativamente alta, compatível com um mododúctil de fratura.

• À medida que a temperatura diminui - energia deimpacto cai subitamente ao longo de umintervalo de temperaturas relativamentepequeno, abaixo do qual a energia de impactotem um valor baixo e essencialmente constante,compatível com um modo de fratura frágil.


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Transição dúctil-frágil em

uma curva que representa

os resultados de um ensaio

Charpy em dois tipos de

aço. (Adaptada de

ASKELAND, 2003).






Curvas características do resultado do ensaio de impacto em função

da temperatura para alguns materiais metálicos (Adaptada de

HERTZBERG, 1995).

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Aspecto da

superfície do corpo

de prova ensaiado a

impacto





• Na maioria das ligas, a ocorrência de transiçãodúctil-frágil verifica-se em uma faixa detemperaturas - não existe um critério bemdefinido para especificar uma temperatura dereferência.

• Direção de retirada do corpo de prova e o sentidodo entalhe - podem alterar significativamente osresultados do ensaio, particularmente se asamostras são retiradas de um material encruado.


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Efeito da orientação do corpo de prova nas curvas de temperatura

de transição Charpy (HERTZBERG, 1995).





• Metais com estrutura CFC - permanecem dúcteismesmo a temperaturas extremamente baixas(figura).

• Metais com estrutura CCC e HC - apresentam atransição dúctil-frágil - a temperatura detransição depende tanto da composição químicada liga quanto da microestrutura.

• A diminuição do tamanho de grão em açosdiminui a temperatura de transição.


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• Conteúdo de carbono na composição químicados aços influencia significativamente atemperatura de transição (figura).

• Do ponto de vista da transição dúctil-frágil, apreferência na especificação de um material paraaplicações estruturais recai em temperaturas detransição mais baixas.







Efeito do teor de

carbono nas

curvas energia-

temperatura de

transição para

aços (Adaptada

de Honeycombe,

1981)

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• Materiais cerâmicos e poliméricos, na suamaioria, apresentam transição dúctil-frágil.

• Materiais cerâmicos – transição somente atemperaturas elevadas (geralmente acima de1000 °C).

• Materiais poliméricos – faixa de transiçãogeralmente abaixo da temperatura ambiente.




➢ Ação de cargas cíclicas

✓ Introdução

• No carregamento cíclico a tensão aplicada oscila aoredor de um valor e com uma dada frequência.

• Muito frequente - ocorre em eixos, engrenagens,molas, estruturas de aeronaves, navios, pontes etc.

• Observa-se uma forma alternativa de degradaçãoda vida útil do material por um fenômenochamado fadiga mecânica – o componente sofrefratura catastrófica após um determinado tempoem operação.


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✓ Fadiga mecânica

• A fadiga é responsável por uma parcela grande doscasos de falha de componentes em serviço.

• Frequentemente, está presente em acidentesgraves envolvendo grande quantidade de vítimasfatais (acidentes com trens e aviões, por exemplo)

• Um dos aspectos mais importantes da fadiga -pode se manifestar mesmo para tensões abaixodo limite de escoamento do material.

• Observada em todas as classes de materiais.






• Definição (ASTM, 2002): processo de alteraçãoestrutural permanente, progressivo e localizado,que ocorre em um material sujeito a condiçõesque produzem tensões e deformações cíclicas emum ponto ou em vários pontos, e que podemculminar em trincas ou fratura completa após umnúmero suficiente de ciclos.

• Sempre inicia com uma pequena trinca, que sobaplicações repetidas de tensão aumenta detamanho.


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• À medida que essa trinca cresce, a seçãotransversal resistente da peça ou componentediminui, resultando em um aumento de tensãona seção.

• Finalmente, é atingido o ponto onde a seçãoresistente remanescente não é mais capaz desuportar a carga aplicada e a peça oucomponente fratura.






• Existe, portanto, um conjunto de variáveisimprescindíveis para que a fratura por fadigaocorra, sendo que as fundamentais são:

1. uma tensão principal máxima suficientementealta;

2. uma variação ou flutuação da tensão aplicadasuficientemente grande;

3. um número de ciclos de aplicação da tensãosuficientemente grande.


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• A fratura por fadiga é influenciada por váriosoutros fatores, de natureza mecânica oumetalúrgica, respectivamente na usinagem docorpo de prova e na fabricação do material.

• Exemplos - concentração de tensão, corrosão,temperatura, sobrecarga, tensões residuais,tensões combinadas e estrutura metalúrgica, quetendem a alterar as condições de ocorrência dafadiga.






• Na prática, a forma da onda, a frequência e aamplitude da variação de tensão podem variarcom o tempo.

• Tipos de tensões cíclicas mais comuns: tensãoalternada, tensão flutuante e tensão irregularaleatória.

• As figuras a seguir ilustram os tipos de tensõescíclicas mais comuns.


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Representação esquemática para os ciclos de tensão com amplitude constante:

(a) Completamente reverso (σm = 0); (b) Repetido (σm ≠ 0 e σmin ≠ 0) e (c)

Pulsante (σm ≠ 0 e σmin = 0). (Adaptada de DAWLING,1993).






Exemplos de ciclos de tensão irregulares ou aleatórios: Industria automobilística

(SAE, 1988); (b) Indústria aeronáutica (MANESCHY, 1999); (c) Indústria nuclear

(MANESCHY, 1999).

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✓ O ensaio de fadiga

• A fadiga é um fenômeno muito complexo,afetado por diversos fatores externos, conformejá mencionado.

• Em função disso, os ensaios de fadiga devem serdesenhados de modo a reproduzir, o maisfielmente possível, as condições de uso doscomponentes.

• Entretanto, em muitos casos são executadosensaios padronizados.






• Tais ensaios são capazes de fornecer dadosquantitativos relativos às características de ummaterial ou componente ao suportar, por longosperíodos de tempo, sem se romper, cargasrepetitivas ou cíclicas.

• Curva σ–N (Curva de Wöhler, Curva S-N): formausual de apresentação dos dados do ensaio (fig.).

• Principais resultados dos ensaios: limite deresistência à fadiga, resistência à fadiga e vida emfadiga.


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Curvas de fadiga

mostrando o

limite de

resistência à

fadiga





• Limite de resistência à fadiga (Se ou σRf): Limite detensão tal que, para valores inferiores do mesmo, ocorpo de prova nunca sofrerá ruptura por fadiga –ocorre, para materiais ferrosos em geral, ligas deTi, ligas de (figura).

• Resistência à fadiga (Sf ou σf): Tensão na qualocorre ruptura do CP para um número arbitrário deciclos de aplicação de carga (na prática, entre 107 e108 ciclos) – maioria das ligas não ferrosas (Al, Cu,Mg etc.).


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• Vida em fadiga (Nf): Consiste no número de ciclosque causará a ruptura do CP para umdeterminado nível de tensão.


Curvas de

fadiga, onde e

representa: (A) o

limite de fadiga;

(B) a resistência

à fadiga






Curvas de fadiga, onde e representa: (a) o limite de fadiga;

(b) a resistência à fadiga (DOWLING, 1993).

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Curvas de fadiga, onde e representa: (a) o limite de fadiga;

(b) a resistência à fadiga (Adaptada de REE-HILL, 1985).






Curvas de fadiga para diversos polímeros.

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✓ Fadiga de baixo e alto ciclo

• Em função do número de ciclos necessários paraque a fratura ocorre, o ensaio pode ser divididoem: Fadiga de baixo ciclo e fadiga de alto ciclo.

• Fadiga de alto ciclo – baixos níveis de tensão(ruptura acima de 104 ciclos) – deformaçõespredominantemente elásticas.

• Fadiga de baixo ciclo – altos níveis de tensão(ruptura abaixo de 104 ciclos) – caracterizada pordeformação plástica cíclica acentuada.





✓ Influência da temperatura

• Em temperaturas inferiores à ambiente, osensaios indicam que a resistência à fadigaaumenta com o decréscimo da temperatura.

• Quando se considera a aplicação de cargasdinâmicas em altas temperaturas, a resistência àfadiga geralmente diminui quando a temperaturaaumenta acima da ambiente. O aço doce é umaexceção, pois apresenta um máximo naresistência à fadiga entre 200 e 300°C (DIETER,1981).


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• À medida que a temperatura é elevada bemacima da ambiente, torna-se importante ofenômeno da fluência e, em altas temperaturas,este fenômeno será a causa principal da fratura.

• Por exemplo, nos aços-liga resistentes ao calor,até 700°C a fadiga é a causa principal de ruptura,enquanto que para temperaturas mais elevadas afluência passa a predominar (BRANCO, 1985).






• A transição de falha por fadiga para falha porfluência com o aumento da temperaturaresultará em uma mudança do tipo de fraturaque passará de transgranular, característico dafadiga, para a intercristalina por fluência.

• Portanto, os ensaios de fadiga em altatemperatura dependem do tempo, ou seja, dafrequência de aplicação das tensões.


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✓ Outros fatores que influenciam a fadiga

• Acabamento superficial - Quanto melhor maior olimite de fadiga.

• Composição química – quanto mais puro omaterial, maior o seu limite de fadiga.

• Resistência mecânica – quanto maior aresistência mecânica do material, maior o seulimite de fadiga.

• Tratamento mecânico – eleva o limite de fadiga,pois induzem tensões compressivas na superfície.






• Tratamentos termoquímicos (cementação,nitretação etc.) – aumentam o limite de fadiga, poisinduzem tensões compressivas na superfície domaterial.

• Descarbonetação – reduz a resistência mecânica nasuperfície, reduzindo o limite de fadiga.

• Corrosão – se prévia, influencia como a redução doacabamento superficial; se simultânea gera umnovo mecanismo chamado de corrosão-fadiga, quereduz muito o limite de fadiga.


16/03/2018

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• Geometria – componentes ensaiados podemconter variações bruscas de seções(concentradores de tensão), que podem ocasionara nucleação de trincas.


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