FLUÊNCIA EM METAIS

DEFINIÇÃO

• É o fenômeno de deformação lenta, sob ação de uma carga constante aplicada durante longo período de tempo a uma temperatura superior a 0,4XTemperatura de fusão em Kelvin

Aspecto da ruptura por fluência

Redução na tensão máxima admissível em projetos pelo efeito da fluência.

Redução na tensão máxima admissível em projetos pelo efeito da fluência.

• Tdf:Tensão que causa uma deformação por fluência de 1% após 100.000 horas na temperatura considerada

• Trf: Tensão que causa a ruptura do material por fluência após 100.000 horas na temperatura considerada

• LR: Tensão de ruptura na temperatura considerada ou na temperatura ambiente (o que for menor)

• LE: Tensão de escoamento na temperatura considerada ou na temperatura ambiente (o que for menor)

Ensaio de fluência

Ensaio de fluência: curva típica

• Deformação instantânea: Efeito do carregamento do corpo de prova, do tipo elástica

• Estágio primário: onde a velocidade de fluência é rápida ocorre nas primeiras horas. Velocidade de def. decrescente -encruamento

• Estágio secundário: A taxa de fluência é constante. Estágio de duração mais longo. Equilíbrio entre os processos de encruamento e recuperação

• Estágio terciário: Aceleração na taxa de fluência, estricção seguido de ruptura.

Efeito da tensão e da temperatura no comportamento à fluência

• Quanto maior a temperatura e/ou a tensão maior a deformação final por fluência que ocorre em menos tempo. Menor o tempo de vida do componente.

Cavidades nos contornos de grão antes da ruptura por fluência

Recuperação e relaxação• Uma deformação

plástica relativamente apreciável permanece

• A quantidade de deformação permanente depende do tempo, da carga da temperatura e do valor da tensão.

• A relaxação corresponde uma queda gradual da tensão originariamente produzida pela deformação

Medida da velocidade de fluência em estado estacionário

Tensão que causa uma deformação de 1% em 100.000h (ou em 10.000h ou 1000h)

• Em geral a fluência que ocorre no estágio primário é rápida (algumas horas) e seu valor fica próximo a 1%. Essa deformação para a grande maioria das aplicações é considerada desprezível

• Utilizando os resultados dos ensaios típicos de fluência pode-se construir um gráfico tensão x temperatura para os materiais, onde se determina a tensão que causa uma deformação aceitável de 1% em um determinado intervalo de tempo (1000h 10.000h ou 100.000h), dependendo do tipo de componente, para determinada temperatura

Fatores que influenciam a resistência à fluência - tamanho de grão

• Baixas temperaturas: Os contornos de grão freiam o movimento das discordãncias: Em geral grão pequeno melhor.

• Altas temperaturas: Os mecanismos do processo de fluência se desenvolvem nos contornos de grão, movimentos de vazios e de discordâncias: Em geral grão grande melhor.

• No exemplo ao lado, o caso “b” (fundição unidirecional) apresenta tempo de ruptura 2,5X maior que o caso “a” (fundição convencional), e 9X maior para lâminas monocristalinas.

Fatores que influenciam a resistência à fluência – Composição química

• Todos os elementos químicos formadores de carbonetos (com o carbono do aço) ou precipitados de segunda fase nos materiais não ferrosos travam o processo de fluência pois dificultam o movimento dos contornos de grão.

• Nos aços, o Molibdênio possui um efeito maior que os demais elementos (Ti, V, W, Nb), quando adicionado entre 0,5 e 1 %.

Gráfico log. tensão x log. tempo até a ruptura

• Como os ensaios de fluência tendem a ser muito longos, a relação da tensão aplicada e o tempo até a ruptura quando graficados em escala logarítmica tendem a ser retas. Realiza-se ensaios em tensões altas cuja duração do ensaio tende a ser pequena e se extrapola as retas para valores de tempo maiores.

Influência da tensão e da temperatura sobre a velocidade de fluência em estado estacionário.

(estágio secundário de fluência)

Outros efeitos da alta temperatura

• Outro efeito degradante que atua sobre os materiais quando expostos à alta temperatura, além da fluência, é a oxidação superficial.

• A reação química do material da superfície com o meio forma compostos cerâmicos em geral frágeis (óxidos, sulfetos etc...) que tendem a quebrar e portanto reduzem a seção resistente do componente.

• Em aços se adiciona cromo em teores crescentes para aumentar a resistência desses materiais à oxidação em temperaturas crescentes.

• Desta forma aços para trabalho a alta temperatura em geral contém Mo de 0,5% até 1 % (resistir à fluência) e Cr de 1,5% até 7% (para resistir à oxidação) antes de se optar por aços de alta liga, do tipo inoxidável.

Oxidação superficial causada pela elevada temperatura

Limites de temperatura considerando a oxidação e a fluência para um tubo de caldeira