FraturaFratura O processo de fratura é normalmente súbito O processo de fratura é normalmente súbito

e catastrófico, podendo gerar grandes e catastrófico, podendo gerar grandes acidentes.acidentes.

Envolve duas etapas: formação de trinca e Envolve duas etapas: formação de trinca e propagação. propagação.

Pode assumir dois modos: dúctil e frágil.Pode assumir dois modos: dúctil e frágil.

Fratura dúctil e frágilFratura dúctil e frágil Fratura dúctilFratura dúctil

– o material se deforma substancialmente antes de fraturar. o material se deforma substancialmente antes de fraturar. – O processo se desenvolve de forma relativamente lenta à O processo se desenvolve de forma relativamente lenta à

medida que a trinca propaga. medida que a trinca propaga. – Este tipo de trinca é denomidado Este tipo de trinca é denomidado estávelestável porque para ela porque para ela

de se propagar a menos que haja uma aumento da tensão de se propagar a menos que haja uma aumento da tensão aplicada no material.aplicada no material.

Fratura dúctil e frágil (cont.)Fratura dúctil e frágil (cont.)

Fratura frágilFratura frágil– O material se deforma O material se deforma

pouco, antes de fraturar.pouco, antes de fraturar.

– O processo de propagação O processo de propagação de trinca pode ser muito de trinca pode ser muito veloz, gerando situações veloz, gerando situações catastróficas.catastróficas.

– A partir de um certo ponto, a A partir de um certo ponto, a trinca é dita instável porque trinca é dita instável porque se propagará mesmo sem se propagará mesmo sem aumento da tensão aplicada aumento da tensão aplicada sobre o material.sobre o material.

Transição dúctil-frágilTransição dúctil-frágil A ductilidade dos materiais é função da temperatura A ductilidade dos materiais é função da temperatura

e da presença de impurezas.e da presença de impurezas.

Materiais dúcteis se tornam frágeis a temperaturas Materiais dúcteis se tornam frágeis a temperaturas mais baixas. Isto pode gerar situações desastrosas mais baixas. Isto pode gerar situações desastrosas caso a temperatura de teste do material não caso a temperatura de teste do material não corresponda a temperatura efetiva de trabalho.corresponda a temperatura efetiva de trabalho.

– Ex: Os navios tipo Liberty, da época da 2ª Guerra, que Ex: Os navios tipo Liberty, da época da 2ª Guerra, que literalmente quebraram ao meio. Eles eram fabricados de literalmente quebraram ao meio. Eles eram fabricados de aço com baixa concentração de carbono, que se tornou aço com baixa concentração de carbono, que se tornou frágilfrágil em contato com as águas frias do mar. em contato com as águas frias do mar.

Transição dúctil-frágil (cont.)Transição dúctil-frágil (cont.)

Temperatura (ºC)

Ener

gia

de Im

pact

o (J

)

Temperatura (ºC)

Aços com diferentes concentrações de carbono

Aços com diferentes concentrações de manganês

Teste de impacto (Charpy)Teste de impacto (Charpy) Um martelo cai Um martelo cai

como um pêndulo e como um pêndulo e bate na amostra, bate na amostra, que fratura.que fratura.

A energia A energia necessária para necessária para fraturar, a fraturar, a energia energia de impactode impacto, é , é obtida diretamente obtida diretamente da diferença entre da diferença entre altura final e altura altura final e altura inicial do martelo.inicial do martelo.

MarteloPosiçãoinicial

AmostraPosiçãofinal h

h’

FadigaFadiga Fadiga é um tipo de falha que ocorre em materiais Fadiga é um tipo de falha que ocorre em materiais

sujeitos à tensão que varia no temposujeitos à tensão que varia no tempo.. A falha pode ocorrer a níveis de tensão A falha pode ocorrer a níveis de tensão

substancialmente mais baixos do que o limite de substancialmente mais baixos do que o limite de resistência do material.resistência do material.

É responsável por É responsável por 90% de todas as falhas de 90% de todas as falhas de metais, afetando também polímeros e cerâmicasmetais, afetando também polímeros e cerâmicas..

Ocorre subitamente e sem aviso prévio.Ocorre subitamente e sem aviso prévio. A falha por fadiga é do tipo frágil, com muito pouca A falha por fadiga é do tipo frágil, com muito pouca

deformação plástica.deformação plástica.

Teste de fadigaTeste de fadiga

fratura

Tens

ão

Limite de resitência

Tempo

amostracargacarga

motor

contadorjuntaflexível

A curva S-NA curva S-N A curva Tensao-Ciclagem (A curva Tensao-Ciclagem (SStress-tress-NNumber umber

of cycles)of cycles) é um gráfico que relaciona o é um gráfico que relaciona o número de ciclos até a fratura com a número de ciclos até a fratura com a tensão aplicada.tensão aplicada.

Número de ciclos até a fratura, N

Tens

ão,S

(MPa

)

Limite de fadiga (35 a 60%) do limite de resistência (T.S.)

Quanto menor a tensão, maior é o número de ciclos que o material tolera. Ligas ferrosas normalmente possuem um limite de fadiga. Para tensões abaixo deste valor o material não apresenta fadiga.Ligas não ferrosas não possuem

um limite de fadiga. A fadiga sempre ocorre mesmo para tensões baixas e grande número de ciclos.

Vida de fadiga a uma tensão S1

S1

Fatores que afetam a vida de Fatores que afetam a vida de fadigafadiga

Nível médio de tensãoNível médio de tensão– Quanto maior o valor médio da tensão, menor é a vida.Quanto maior o valor médio da tensão, menor é a vida.

Efeitos de superfícieEfeitos de superfície– A maior parte das trincas que iniciam o processo de falha se A maior parte das trincas que iniciam o processo de falha se

origina na superfície do material. Isto implica que as origina na superfície do material. Isto implica que as condições da superfície afetam fortemente a vida de fadiga.condições da superfície afetam fortemente a vida de fadiga.

– Projeto da superfícieProjeto da superfície: : evitando cantos vivos.evitando cantos vivos.– Tratamento da superfícieTratamento da superfície::

Eliminar arranhões ou marcas através de polimento.Eliminar arranhões ou marcas através de polimento. Tratar a superfície para gerar camadas mais duras (Tratar a superfície para gerar camadas mais duras (carbonetaçãocarbonetação) e ) e

que geram tensões compressivas que compensam parcialmente a que geram tensões compressivas que compensam parcialmente a tensão externa.tensão externa.

FluênciaFluência Fluência é a deformação Fluência é a deformação

plástica que ocorre em plástica que ocorre em materiais sujeitos a tensões materiais sujeitos a tensões constantes, a temperaturas constantes, a temperaturas elevadas.elevadas.– Turbinas de jatos, Turbinas de jatos,

geradores a vapor.geradores a vapor.– É muitas vezes o fator É muitas vezes o fator

limitante na vida útil da limitante na vida útil da peça.peça.

– Se torna importante, para Se torna importante, para metais a temperaturas de metais a temperaturas de 0,4T0,4Tff

Carga constante

Forno

Curva de fluênciaCurva de fluência

Tempo

Primária

Terciária

Secundária

Deformação instantânea(elástica)

Na região primária o material encrua, tornando-se mais rígido, e a taxa de crescimento da deformação com o tempo diminui.

Na região secundária a taxa de crescimento é constante (estado estacionário), devido a uma competição entre encruamento e recuperação.

Na região terciária ocorre uma aceleração da deformação causada por mudanças microestruturais tais como rompimento das fronteiras de grão.

vida de ruptura

Influência da temperatura e Influência da temperatura e tensãotensão

As curvas de fluência variam em função da temperatura de As curvas de fluência variam em função da temperatura de trabalho e da tensão aplicada.trabalho e da tensão aplicada.– A taxa de estado estacionário aumentaA taxa de estado estacionário aumenta

Tempo

Temperatura aumentando Tensão aumentando

Tempo

Relação entre Relação entre e e taxa de fluência estacionáriataxa de fluência estacionária

onde onde KK11 e e nn são são constantes do materialconstantes do material

Influência da tensãoInfluência da tensão

nK 1 lnlnln 1 nK

Taxa de fluência estacionária (%/1000 h)

Tensão (MPa)

Tensão (MP

a)

Influência da temperaturaInfluência da temperatura Relação entre Relação entre e a e a

taxa de fluência taxa de fluência estacionáriaestacionária

onde Konde K22 e n são e n são

constantes do constantes do materialmaterial

– QQcc é a energia de é a energia de ativação para fluênciaativação para fluência

RTQK cn exp2

Taxa

de

fluên

cia

esta

cion

ária

(%/1

000

h)