FADIGA DOS MATERIAIS FADIGA DOS MATERIAIS METÁLICOSMETÁLICOS

COT – 741: Princípios de Deformação PlásticaCOT – 741: Princípios de Deformação Plástica

Prof: Paulo Emílio Valadão de MirandaProf: Paulo Emílio Valadão de MirandaMonitor: Guilherme Farias MiscowMonitor: Guilherme Farias Miscow

O Que é FADIGAO Que é FADIGA

Fadiga é a deformação plástica progressiva que leva ao Fadiga é a deformação plástica progressiva que leva ao acúmulo de danos que podem iniciar uma ou mais acúmulo de danos que podem iniciar uma ou mais trincas no material, podendo levar o mesmo à fratura;trincas no material, podendo levar o mesmo à fratura;É uma condição mecânica do material na qual o mesmo É uma condição mecânica do material na qual o mesmo está sujeito à tensões cíclicas;está sujeito à tensões cíclicas;É a causa principal de ruptura em peças ou partes É a causa principal de ruptura em peças ou partes mecânicas em serviço, sendo responsável por cerca de mecânicas em serviço, sendo responsável por cerca de 90% das mesmas;90% das mesmas;É um tipo de fratura que ocorre sem evidências É um tipo de fratura que ocorre sem evidências macroscópicas de que o material irá romper;macroscópicas de que o material irá romper;É um fenômeno essencialmente de superfície, onde a É um fenômeno essencialmente de superfície, onde a fratura ocorre para tensões nominais abaixo do limite de fratura ocorre para tensões nominais abaixo do limite de escoamento.escoamento.

Requisitos Para Que Ocorra FadigaRequisitos Para Que Ocorra Fadiga

Componente trativaComponente trativa Necessário para que a trinca cresçaNecessário para que a trinca cresça

Tensões cíclicasTensões cíclicas Necessária para que o dano seja cumulativoNecessária para que o dano seja cumulativo

Número de ciclosNúmero de ciclos Grande o suficiente para que haja rupturaGrande o suficiente para que haja ruptura

Vida em FadigaVida em Fadiga

Iniciação da trinca – desenvolvimento Iniciação da trinca – desenvolvimento prematuro de dano por fadiga, podendo prematuro de dano por fadiga, podendo ser removido por recozimento adequado;ser removido por recozimento adequado;

Crescimento de bandas de deslizamento –Crescimento de bandas de deslizamento –aprofundamento da trinca inicial em aprofundamento da trinca inicial em planos de alta tensão cisalhante. É planos de alta tensão cisalhante. É frequentemente chamado de frequentemente chamado de estágio Iestágio I de de crescimento de trinca;crescimento de trinca;

Vida em FadigaVida em Fadiga

Crescimento da trinca em planos de alta tensão Crescimento da trinca em planos de alta tensão trativa – envolve o coalescimento de trincas trativa – envolve o coalescimento de trincas gerando uma ou mais trincas principais com gerando uma ou mais trincas principais com direção bem definida, normal à direção principal direção bem definida, normal à direção principal de carregamento, normalmente chamado de de carregamento, normalmente chamado de estágio II estágio II de crescimento de trinca;de crescimento de trinca;

Ruptura final estática por sobretensão – ocorre Ruptura final estática por sobretensão – ocorre por falta de seção resistente, quando a trinca por falta de seção resistente, quando a trinca atinge determinado tamanho a fratura se dá por atinge determinado tamanho a fratura se dá por tensão plana cisalhante.tensão plana cisalhante.

Concentração de TensãoConcentração de Tensão

Na presença de concentradores de tensão, a tensão Na presença de concentradores de tensão, a tensão externa aplicada tem seu valor ampliado localmente;externa aplicada tem seu valor ampliado localmente;Nesses locais, o campo de tensões pode ser alto o Nesses locais, o campo de tensões pode ser alto o suficiente para que o material se deforme suficiente para que o material se deforme plasticamente.plasticamente.

Nucleação e CrescimentoNucleação e Crescimentode Bandas de Deslizamentode Bandas de Deslizamento

Ao longo dos ciclos cresce o número e a densidade de bandas e a Ao longo dos ciclos cresce o número e a densidade de bandas e a deformação plástica acumulada em cada uma delas;deformação plástica acumulada em cada uma delas;

Nos locais de deformação plástica mais severa as bandas de deslizamento Nos locais de deformação plástica mais severa as bandas de deslizamento recebem a denominação de bandas de deslizamento persistentes.recebem a denominação de bandas de deslizamento persistentes.

coscosFator de Schmid. A tensão cisalhante é resolvida no sistema de deslizamento.

Bandas de DeslizamentoBandas de Deslizamento

Essa deformação plástica Essa deformação plástica é extermamente é extermamente localizada e se manifesta localizada e se manifesta na forma de bandas de na forma de bandas de deslizamento;deslizamento;A concentração de A concentração de tensão cresce com o tensão cresce com o aumento do número de aumento do número de bandas de deslizamento bandas de deslizamento fazendo com que o fazendo com que o material acumule cada material acumule cada vez mais deformação vez mais deformação plástica, surgindo novas plástica, surgindo novas bandas de deslizamento.bandas de deslizamento.

Bandas de DeslizamentoBandas de Deslizamento

Bandas de DeslizamentoBandas de Deslizamento

a

b c

d

e

Bandas de DeslizamentoBandas de Deslizamento

Intrusões e ExtrusõesIntrusões e Extrusões

Um conjunto de bandas formam intrusões e Um conjunto de bandas formam intrusões e extrusões na superfície do material.extrusões na superfície do material.

Bandas de Deslizamento PersistentesBandas de Deslizamento Persistentes

Iniciação de Trincas (estágio I)Iniciação de Trincas (estágio I)

Em orientações cristalinas Em orientações cristalinas com fator de schmid elevado, com fator de schmid elevado, a deformação plástica é mais a deformação plástica é mais severa, sendo as bandas de severa, sendo as bandas de deslizamento desses grãos deslizamento desses grãos chamadas de bandas de chamadas de bandas de deslizamento persistentes;deslizamento persistentes;Nas bandas de deslizamento Nas bandas de deslizamento persistentes a concentração persistentes a concentração de tensões é mais intensa;de tensões é mais intensa;Quando o material não é mais Quando o material não é mais capaz de acumular capaz de acumular deformação plástica nas deformação plástica nas bandas de deslizamento bandas de deslizamento persistentes uma ou mais persistentes uma ou mais trincas são nucleadas.trincas são nucleadas.

Propagação de Trincas (estágio II)Propagação de Trincas (estágio II)

Com o crescente número de ciclos a(s) trinca(s) Com o crescente número de ciclos a(s) trinca(s) se propagam de maneira dúctil crescendo se propagam de maneira dúctil crescendo enquanto na componente trativa, e fechando a enquanto na componente trativa, e fechando a ponta da trinca na componente compressivaponta da trinca na componente compressiva

Marcas de PraiaMarcas de Praia

A propagação da A propagação da trinca forma relevos trinca forma relevos característicos da característicos da fadiga, são chamados fadiga, são chamados de de marcas de praia marcas de praia (macroscópicas) e (macroscópicas) e estrias de fadigaestrias de fadiga (microscópicas)(microscópicas)

Estrias de FadigaEstrias de Fadiga

Ruptura Final EstáticaRuptura Final Estática

Ao atingir um Ao atingir um determinado tamanho determinado tamanho a seção resistente a seção resistente remanescente do remanescente do material não suporta material não suporta mais a tensão mais a tensão aplicada. O material aplicada. O material sofre então ruptura sofre então ruptura final estática por final estática por sobretensãosobretensão

Fatores que Afetam a Vida em FadigaFatores que Afetam a Vida em Fadiga

Temperatura;Temperatura;

Deslizamento;Deslizamento;

Deslizamento Cruzado;Deslizamento Cruzado;

Microestrutura;Microestrutura;

Design das Peças.Design das Peças.

Efeitos da SuperfícieEfeitos da Superfície

Superfícies livres de entalhes, arranhões e Superfícies livres de entalhes, arranhões e outros concentradores de tensão estão outros concentradores de tensão estão menos sujeitas à fadiga;menos sujeitas à fadiga;

Melhorias nas propriedades tribológicas Melhorias nas propriedades tribológicas do material ampliam a vida em fadiga;do material ampliam a vida em fadiga;

Tensões residuais compressivas Tensões residuais compressivas aumentam a vida em fadiga.aumentam a vida em fadiga.

Efeitos da TemperaturaEfeitos da Temperatura

Em altas temperaturas a vida em fadiga é Em altas temperaturas a vida em fadiga é menor, além de competir com o menor, além de competir com o mecanismo de fratura por fluência para mecanismo de fratura por fluência para temperaturas homólogas > 0.5;temperaturas homólogas > 0.5;

Em baixas temperaturas a vida em fadiga Em baixas temperaturas a vida em fadiga é a maior, devido inclusive à baixa taxa de é a maior, devido inclusive à baixa taxa de movimentação de lacunas, entretanto movimentação de lacunas, entretanto observa-se fadiga em temperaturas de 4K.observa-se fadiga em temperaturas de 4K.

Efeitos do DeslizamentoEfeitos do Deslizamento

Se o deslizamento for concentrado em Se o deslizamento for concentrado em determinados locais ao longo do volume determinados locais ao longo do volume do material a vida em fadiga é do material a vida em fadiga é comprometida;comprometida;

Caso o deslizamento ocorra de forma Caso o deslizamento ocorra de forma homogênea em todo o material a vida em homogênea em todo o material a vida em fadiga é superior.fadiga é superior.

Efeitos do Deslizamento CruzadoEfeitos do Deslizamento Cruzado

Materiais com alta energia de falha de Materiais com alta energia de falha de empilhamento produzem mais deslizamento empilhamento produzem mais deslizamento cruzado, promovendo a formação de bandas de cruzado, promovendo a formação de bandas de deslizamento;deslizamento;

Se o deslizamento cruzado é reduzido, como Se o deslizamento cruzado é reduzido, como nos materiais com baixa energia de falha de nos materiais com baixa energia de falha de empilhamento, a concentração de deformação empilhamento, a concentração de deformação plástica é inibida, suprimindo o dano por fadiga;plástica é inibida, suprimindo o dano por fadiga;

Na prática, o controle sobre a energia de falha Na prática, o controle sobre a energia de falha de empilhamento do material é limitado.de empilhamento do material é limitado.

Efeitos da MicroestruturaEfeitos da Microestrutura

Microestruturas com resistência mecânica Microestruturas com resistência mecânica superiores são preferíveis;superiores são preferíveis;

Estruturas martensíticas revenidas são Estruturas martensíticas revenidas são largamente utilizadas;largamente utilizadas;

Um decrécimo na temperatura de Um decrécimo na temperatura de revenimento promove maior vida em revenimento promove maior vida em fadiga.fadiga.

Efeitos do Design das PeçasEfeitos do Design das Peças

É o fator mais importante;É o fator mais importante;

A ausência de cantos vivos, entalhes e A ausência de cantos vivos, entalhes e arranhões garantem um bom design;arranhões garantem um bom design;

Um design comprometedor anula os Um design comprometedor anula os ganhos com o controle sobre os fatores ganhos com o controle sobre os fatores metalúrgicos.metalúrgicos.

Representação da Vida em FadigaRepresentação da Vida em Fadiga

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