fratura fadiga fluencia

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5- FALHA OU RUPTURA NOS METAISFratura Fluncia Fadiga

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Eleani Maria da Costa -PGETEMA/PUCRS

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

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FRATURAEleani Maria da Costa -PGETEMA/PUCRS

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

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FRATURAEleani Maria da Costa -PGETEMA/PUCRS

Dctil a deformao plstica continua at uma reduo na rea para posterior ruptura ( OBSERVADA EMMATERIAIS 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 temperatura4

FRATURAEx: Materiais submetidos ao ensaio de traoEleani Maria da Costa -PGETEMA/PUCRS

Fratura frgil

Fraturas dcteis5

FRATURA DCTIL E ASPECTO MACROSCPICOEleani Maria da Costa -PGETEMA/PUCRS

Fratura aps ensaio de trao6

MECANISMO DA FRATURA DCTILEleani Maria da Costa -PGETEMA/PUCRS

a- formao do pescoo b- formao de cavidades c- coalescimento das cavidades para promover uma trinca ou fissura d- formao e propagao da trinca em um ngulo de 45 graus em relao tenso aplicada e- rompimento do material por propagao da trinca

Material dctil submetido ao ensaio de trao

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FRATURA DCTIL E ASPECTO MICROSCPICOEleani Maria da Costa -PGETEMA/PUCRS

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FRATURA FRGIL ASPECTO MACROSCPICOMaterial frgil submetido ao ensaio de traoEleani Maria da Costa -PGETEMA/PUCRS

A fratura frgil ocorre com a formao e propagao de uma trinca que ocorre a uma direo perpendicular aplicao da tenso9

FRATURA FRGIL ASPECTO MACROSCPICOIncio da fratura por formao de trincaEleani Maria da Costa -PGETEMA/PUCRS

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FRATURA TRANSGRANULAR E INTERGRANULAREleani Maria da Costa -PGETEMA/PUCRS

TRANSGRANULAR

INTERGRANULAR

A fratura passa atravs do gro

A fratura se d no contorno de gro11

EXEMPLO DE FRATURA SOB TRAO EM MATERIAIS COMPSITOS Ex: Liga de alumnio reforada com partculas de SiC e Al2O3

Eleani Maria da Costa -PGETEMA/PUCRS

Fratura: dctil+frgil

A fratura da partcula se d por clivagem, ou seja, ocorre ao longo de planos cristalogrficos especficos12

CONCENTRAO DE TENSOEleani Maria da Costa -PGETEMA/PUCRS

A resistncia `a fratura depende da coeso entre os tomos Segundo a teoria a resistncia coesiva para um material frgil=E/10 Na prtica entre 10-1000 X menor A.A. Griffith (1920) explicou essa diferena: a presena de microdefeitos ou microtrincas presentes no material faz com que as tenses sejam amplificadas. A magnitude da amplificao depende da orientao e da geometria da trinca.

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MICROTRINCA COM FORMATO ELIPTICO (OU CIRCULAR), ORIENTADA PERPENDICULAR TENSO APLICADA, A TENSO MXIMA ( m) NA EXTREMIDADE DA TRINCA DADA POR: m= o (1+2 (a/ e)1/2

Eleani Maria da Costa -PGETEMA/PUCRS

o= tenso nominal a= comprimento da trinca superficial ou metade da trinca interna e= raio de curvatura da extremidade da trinca

a o

2a

Para uma trinca muito longa e com pequeno raio de curvatura (a/ e)1/2 ser muito grande, logo:

=2

(a/ )1/2

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FATOR DE CONCENTRAO DE TENSES (Ke)Eleani Maria da Costa -PGETEMA/PUCRS

Ke = m/ o = 2 (a/ e)1/2

Ke = mede o grau com que uma tenso amplificada na extremidade da trinca

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ENSAIOS DE FRATURA POR IMPACTOEleani Maria da Costa -PGETEMA/PUCRS

Foram criados antes do desenvolvimento da mecnica da fraturaO ensaio de resistncia ao choque caracteriza o comportamento dos materiais quanto `a transio do comportamento dctil para frgil em funo da temperatura

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ENSAIOS DE FRATURA POR IMPACTOEleani Maria da Costa -PGETEMA/PUCRS

Charpy (EUA) Izod (Europeu)Medem a energia absorvida no impacto por rea

escc esUr= esc 2

/2E

tenacidade

MAT. DCTEIS Ut= ( esc + LRT )/2 . MAT. FRGEIS Ut= 2/3 .( LRT . f ) em N.m/m317

f

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ENSAIO DE TENACIDADE FRATURAEleani Maria da Costa -PGETEMA/PUCRS

A tenacidade avaliada comparando-se as curvas para diferentes materiais com diferentes comprimentos de trincas19

FLUNCIA (CREEP)Eleani Maria da Costa -PGETEMA/PUCRS

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 material Velocidade de fluncia (relao entre deformao plstica e tempo) aumenta com a temperatura Esta propriedade de grande importncia especialmente na escolha de materiais para operar a altas temperaturas

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FLUNCIA (CREEP)Eleani Maria da Costa -PGETEMA/PUCRS

Ento, fluncia definida como a deformao permanente, dependente do tempo e da temperatura, quando o material submetido uma carga constante Este 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)

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FLUNCIA (CREEP)Eleani Maria da Costa -PGETEMA/PUCRS

FATORES QUE AFETAM A FLUNCIA Temperatura Mdulo de elasticidade Tamanho 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.22

ENSAIO DE FLUNCIAEleani Maria da Costa -PGETEMA/PUCRS

Bibliografia: V. Chiaverini, Tecnologia Mecnica, Vol. 1 Ler mais sobre fluncia no Van Vlack pg 152

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PERGUNTASEleani Maria da Costa -PGETEMA/PUCRS

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

O que significa temperatura equicoesiva (TEC)?24

ENSAIO DE FLUNCIAEleani Maria da Costa -PGETEMA/PUCRS

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 constante O tempo de aplicao de carga estabelecido em funo da vida til esperada do componente Mede-se as deformaes ocorridas em funo do tempo ( x t)

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Curva x tEleani Maria da Costa -PGETEMA/PUCRS

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.

= d /dt diminui

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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.Eleani Maria da Costa -PGETEMA/PUCRS

= d /dt constante

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Curva x tEleani Maria da Costa -PGETEMA/PUCRS

Estgio 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 conseqente aumento da taxa de deformao

= d /dt aumenta

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FADIGAEleani Maria da Costa -PGETEMA/PUCRS

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 mquinas A falha por fadiga geralmente de natureza frgil mesmo em materiais dcteis.29

FADIGAEleani Maria da Costa -PGETEMA/PUCRS

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

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FADIGAEleani Maria da Costa -PGETEMA/PUCRS

Os esforos alternados que podem levar fadiga podem ser: Trao Trao e compresso Flexo Toro,...

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RESULTADOS DO ENSAIO DE FADIGA CURVA -N OU CURVA WOHLEREleani Maria da Costa -PGETEMA/PUCRS

A CURVA -N REPRESENTA A TENSO VERSUS NMERO DE CICLOS PARA QUE OCORRA A FRATURA. Normalmente para N utiliza-se escala logartmica

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PRINCIPAIS RESULTADOS DO ENSAIO DE FADIGALimite 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 3565% do limite de resistncia trao.Eleani Maria da Costa -PGETEMA/PUCRS

R f

= 35-65%

m

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PRINCIPAIS RESULTADOS DO ENSAIO DE FADIGAEleani Maria da Costa -PGETEMA/PUCRS

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 ( f)Que corresponde tenso na qual ocorre a ruptura p/ um no. arbitrrio de ciclos (em geral 107-108

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PRINCIPAIS RESULTADOS DO ENSAIO DE FADIGAEleani Maria da Costa -PGETEMA/PUCRS

Vida em fadiga (Nf): corresponde ao nmero de ciclos necessrios para ocorrer a falha em um nvel de tenso especfico.

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ENS