Fratura dos materiais é a separação de um corpo de um material em duas ou mais partes

quando este é submetido a um esforço mecânico, como a tensão.

As fraturas podem ser definidas primariamente em dúcteis e frágeis.

Uma fratura dúctil é aquela que ocorre apenas após deformação plástica extensa e é

caracterizada pela lenta propagação de trincas (rachaduras) resultantes da nucleação e

crescimento de microcavidades no material. Uma material que caracteristicamente sofre

fraturas dúcteis quando submetido a esforços é dito um material dúctil, como a maior parte

dos metais e suas ligas. Na literatura, a fratura frágil é tratada também como "colapso

plástico".

Uma fratura frágil ocorre pela propagação rápida de trincas, com uma deformação

plástica muito pequena ou nula no material adjacente à fratura. Os materiais que

caracteristicamente sofrem fraturas frágeis são ditos materiais frágeis, como as rochas, o

vidro e os materiais cerâmicos. Nos materiais que apresentam certas estruturas

cristalinas ocorre em determinados planos cristalinos, chamados planos de clivagem. Nas

rupturas que ocorrem por clivagem, as facetas planas resultantes tem como característica

a reflexão da luz. Uma fratura frágil pode ocorrer num material sem planos de clivagem ao

longo dos contornos dos grãos que os compõe, como é característico nos aços e outras

ligas metálicas de alta dureza.

O processo de propagação das trincas nos materiais frágeis pode ser muito veloz, gerando

situações catastróficas (ditas "rupturas catastróficas", ou no caso de grandes estruturas,

chamados pelo termo "colapso"). A partir de uma certa dimensão a trinca na fratura frágil é

dita instável, dado que sua propagação se dará mesmo sem aumento da tensão aplicada

no material. Este tipo de comportamento é característico nos vidros, no qual uma pequena

ruptura "corre" pelo corpo inteiro do material.

Do ponto de vista da ciência dos materiais, a fratura óssea é uma fratura frágil.

Tipos de Superfície da Fratura

Fratura por fadiga, Fratura por fadiga, Fratura por Fluência, Fratura por Ambientes agressivos,

Fratura por desgaste.

Fratura por Fadiga

Estágio I - corresponde à nucleação de trincas em descontinuidades já inicialmente presentes

no material, ou durante a clivagem, em intrusões e extrusões, ao longo de inclusões, em

contornos de grãos e de maclas, etc;

Estágio II - corresponde ao crescimento da trinca num plano perpendicular à direção da tensão

aplicada;

Estágio III - corresponde à fratura brusca final, quando a trinca atinge o tamanho crítico para

propagação instável

Fratura por Fadiga

Macrofractografia: o aspecto mais característico é a presença de “marcas de praia” (beach

marks), produzidas em conseqüência de alterações no ciclo de tensões, seja no seu valor ou na

freqüência de aplicação, assim como paradas intermediárias.

Microfractografia: presença de estrias; cada uma correspondente a um ciclo de tensão (a

recíproca não é verdadeira).

A mecânica da fratura possui duas vertentes de estudo: A Mecânica da Fratura Linear Elástica

(MFLE) e a Mecânica da Fratura Elasto-Plástica (MFEP).

A Mecânica da Fratura Linear Elástica surgiu em função das limitações na aplicação

dos conceitos tradicionais para prever o comportamento dos materiais quanto à presença de

descontinuidades internas ou superficiais, como as trincas, introduzindo assim o conceito dos

fatores de intensidade de tensão K, Kc e KIC.

A Mecânica da Fratura Elasto-Plástica surgiu em função das limitações na aplicação

do critério de KIC da Mecânica da Fratura Linear Elástica em materiais dúcteis, onde a

existência de uma zona plástica de tamanho significativo em relação à espessura invalida as

considerações de tensões elásticas na ponta da trinca controlando o processo de fratura.

Fadiga>>> Processo que causa falha prematura ou dano permanente a um componente sujeito

a carregamento repetitivos (cíclicos).

A Mecânica da Fratura é o estudo da resistência dos materiais sólidos que contém falhas

ou trincas pré-existentes sob a ação de cargas aplicadas externamente. Uma trinca pode

ser entendida como um entalhe cujo raio de curvatura é próximo a zero. O estudo das

tensões, no que se refere às trincas, é de grande importância na determinação da carga

estática máxima e da vida de fadiga dos componentes, sendo que a presença de trincas

podem significantemente debilitar a estrutura e reduzir a sua vida útil.

Fratura Dúctil

A fratura dúctil ocorre em materiais metálicos com comportamento plástico, onde o

material alcança um ponto de instabilidade no momento em que a tensão não pode

aumentar sem a diminuição da área. Neste tipo de fratura observa-se a ocorrência de três

estágios principais:

� Formação de uma superfície livre ou poro sobre a inclusão ou partículas de fase

secundária dispersa na matriz;

� Crescimento do poro (ou de poros) em torno da partícula;

� Coalescência de poros vizinhos.

Fratura por Clivagem

Este tipo de fratura pode ser definido como a rápida propagação da trinca ao longo de

um plano cristalográfico particular. Os planos preferenciais de clivagem são aqueles

com o empacotamento menos denso, dos quais as ligações possam ser quebradas.

Metais cuja estrutura cristalina é cúbica de corpo centrado (CCC) tem a fratura por

clivagem no plano [100]. Em materiais policristalinos a fratura intergranular ocorre de

maneira onde a propagação da trinca muda de direção acompanhando o contorno de

grão por onde a propagação seja mais favorável e com a orientação nominal

perpendicular a

tensão principal máxima. Metais cúbicos de face centrada (CFC) não são suscetíveis de

apresentarem clivagem porque estes possuem amplos sistemas de escorregamento para

quase todas as faixas de temperaturas, pois nas baixas temperaturas, estes podem falhar

por clivagem por seu limitado número de sistemas de escorregamento ativo.

Em uma fratura por clivagem é comum a formação de “rios” na superfície de fratura.

Este tipo de propagação encontra contornos de grão onde a clivagem próxima ao plano

junto ao grão é orientado por um ângulo de difusão finito do plano de clivagem

corrente. A princípio a trinca acomoda a distorção em plano paralelos, porém estes

finalmente acabam se unindo por acoplamento entre planos. Dado este processo

consumir muita energia, a propagação da trinca em um único plano propicia a tendência

de múltiplas trincas se convergirem em uma única trinca simples.

Vários outros fatores tem influência sobre a fratura por clivagem como a baixa

temperatura, estado triaxial de tensões, radiação, altas taxas de deformação,

envelhecimento por deformação e tamanho de grão.

Fratura Intergranular

Esta forma de fratura não é tão comum em metais frágeis, que falham com muito mais

facilidade por clivagem. A fratura intergranular se caracteriza por assumir uma forma

de propagação ao longo dos contornos de grão que podem ser levadas a este tipo de

falha por vários fatores como:

Precipitação da fase frágil no contorno de grão: durante o processo de

tratamento térmico em temperaturas incorretas.

� Elementos fragilizadores de hidrogênio e metal líquido: o hidrogênio pode

degradar severamente a resistência de uma liga metálica, pois a sua presença

nos contornos de grão diminui a coesão ente eles. A solidificação mais lenta de

metais podem fragilizar o metal secundário com um alto ponto de fusão

(fragilização do aço em contato com metais fundidos com um ponto de fusão

mais baixo, como o Lítio e o Sódio).

Trincas favorecidas pelo meio: também é relacionado com a fragilização por

hidrogênio, principalmente em ligas de alta resistência que são muito

suscetíveis a trincar em meios danosos como o H2S – CaCl em solução, H2S ,

amônia e gases de hidrogênio.]

� Corrosão intergranular: é dado pelo ataque preferencial ao longo do contorno de

grão, diferente das corrosões genéricas onde o material é dissolvido

uniformemente na superfície.

� Cavitação do contorno de grão, e trinca a altas temperaturas: devido a baixa

coesão dos contornos de grão em temperaturas elevadas, grande parte das

deformações se acomodam na forma de escorregamento de planos nestes

contornos. Isto ocasiona a nucleação de poros e o crescimento de trincas no

contorno de grão, que cresce e coalesce.

A fratura frágil, que pode ocorrer de forma intergranular ou por

transgranular, tem sua importância por ser um modo de fratura que

ocorre de forma

repentina associado a altas velocidades de propagação. O fator de

concentração de tensão é

uma das principais causas deste tipo de fratura, o que torna inerente

ao material a sua

capacidade de absorver as deformações plásticas localizadas na ponta

da trinca.