ENSAIO DE FADIGA (ASTM E - 467)

Consiste em submeter um corpo de prova a esforos dinmicos, repetidos ou flutuantes, no qual se rompe a uma carga bem inferior a carga mxima atingida na trao ou na compresso. O corpo de prova rompe-se por fadiga quando a tenso cclica aplicada nele tem uma flutuao suficientemente maior que a caracterstica do material, denominada de limite de fadiga.

O estudo da fadiga primordial para projetos de peas que esto sujeitas a tenses cclicas. O nmero de tenses suportadas pelo corpo de prova at a fratura designado por N. Esse nmero contado na prpria mquina e representa a soma do nmero de ciclos para propagar a trinca atravs do material.

O limite de fadiga definido como o valor limite de tenso abaixo do qual o material pode suportar um nmero infinito de ciclos de tenses regulares sem romper, geralmente de natureza de flexo rotativa, toro ou trao-compresso.

A ruptura por fadiga comea a partir de uma trinca ou uma pequena falha superficial, que se propaga ampliando seu tamanho, devido s solicitaes cclicas. Quando a trinca aumenta seu tamanho o suficiente para que o restante do material no suporte mais esforo, a pea se rompe catastroficamente.

A fratura por fadiga tpica: a superfcie da fratura apresenta uma regio lisa decorrente do atrito entre as duas superfcies e uma regio spera onde o corpo de prova se rompe de maneira dtil. A tenso cclica mais comum caracterizada por uma funo senoidal, onde os valores de tenso so representados no eixo das ordenadas e o nmero de ciclos, nas abscissas.

Ciclos regulares de tenso: (a) tenso reversa; (b) tenso repetida (campo de trao); (c) tenso repetida (campos de trao e compresso)

TIPOS DE ENSAIO DE FADIGA

O ensaio realizado de diversas maneiras, de acordo com o tipo de solicitao que se deseja aplicar: toro, trao-compresso, flexo e flexo rotativa.

O ensaio mais usual, realizado em corpos de prova extrados de barras ou perfis metlicos, o de flexo rotativa. Este ensaio consiste em submeter um corpo de prova a solicitaes de flexo, enquanto o mesmo girado em torno de um eixo, por um sistema motriz com contagiros, numa rotao determinada e constante, conforme esquematizado na figura.

(a) (b)

Ensaio por flexo rotativa: (a) Solicitao de flexo central e (b) solicitao de flexo externa

CORPO DE PROVA

O corpo de prova deve ser usinado e ter bom acabamento superficial, para no prejudicar os resultados do ensaio. A forma e as dimenses do corpo de prova variam e constituem especificaes do fabricante do equipamento utilizado. O ambiente onde feito o ensaio tambm padronizado.

CURVA TENSO X NMERO DE CICLOS (CURVA S x N)

A curva tenso x nmero de ciclos, tambm chamada curva de Whler ou simplesmente curva S-N usada para representar os resultados dos

ensaios de fadiga. Nessa curva, o nmero N (ou log N) colocado no eixo das abscissas e no eixo das ordenadas, a tenso mxima Smx, que tambm pode vir expressa por meio de logaritmo.

Inicialmente, escolhemos uma tenso aproximadamente igual a 2/3 do limite de resistncia do material trao. Diminumos gradativamente a tenso mxima, usando de preferncia a mesma rotao, at atingir uma tenso para a qual no ocorra ruptura. A partir da aumentamos lentamente a tenso mxima at conseguir a mxima tenso correspondente ao patamar, que ser o limite de fadiga do material.

EFEITO DA SUPERFCIE DO CORPO DE PROVA

Uma superfcie mal acabada contm irregularidades que, como se fossem um entalhe, aumentam a concentraes de tenses, resultando em tenses residuais que tendem a diminuir a resistncia fadiga do material.

O ao descarbonetado superficialmente tambm possui menor resistncia fadiga, quanto maior for a descarbonetao. O mesmo acontece com defeitos causados pelo polimento, como queima, recozimento, trincas, etc. Os tratamentos superficiais endurecedores podem, no entanto, aumentar a resistncia fadiga, principalmente em ensaios com carga de flexo ou toro. Tratamentos superficiais como cromeao, niquelao e outros, diminuem a resistncia porque introduzem grandes mudanas nas tenses residuais, alm de conferir porosidades no metal.

Essa dependncia importante da fadiga, com o acabamento superficial do metal, causada pelo fato de que praticamente as rupturas por fadiga comeam na superfcie do metal, porque os tipos de carga usados nos ensaios (flexo ou toro) ocasionam as tenses mximas na superfcie.

FRATURA POR FADIGA

H muita controvrsia sobre as teorias da fratura de fadiga, com respeito nucleao e propagao de um trinca de fadiga, devido dificuldade de observao da trinca em alguns casos e variedade de mecanismos que determinam a ruptura do material.

As etapas de ruptura de um material so basicamente:

nucleao da trinca; propagao da trinca; ruptura da pea ou corpo de prova.

As duas primeiras etapas tomam praticamente todo o tempo do ensaio e quando o comprimento da trinca atinge um tamanho tal que a seo tensionada fique relativamente pequena, a poro remanescente no pode resistir carga e a ruptura ocorre repentinamente. Uma ruptura por fadiga sempre acompanhada de deformao plstica localizada. Esta localizao pode acontecer num ponto de concentrao de tenses como cantos vivos, entalhes, trincas preexistentes, onde ela se inicia e, geralmente, esse incio se d na superfcie do metal. H evidncias de que a trinca se forma antes de decorrer 10% da vida total do corpo de prova, embora nessa etapa ela no possa sempre ser detectada.

Uma vez iniciada a trinca, ela se propaga macroscopicamente e de uma maneira descontnua em um plano situado em ngulo reto com o plano das tenses principais atuantes no corpo de prova. No primeiro estgio ocorre a nucleao e propagao microscpica da trinca, no segundo, a propagao se d macroscopicamente de uma forma incremental pela abertura e fechamento da trinca.