Analise de Falha Fadiga2

7/21/2019 Analise de Falha Fadiga2

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Disciplina Anlise de Falha

PROFESSOR: EMERSON BERTAGLIA DE PAULAe-mail: [email protected]

SENAI 1professor: Emerson Bertaglia de Paula

FADIGA

A fratura por fadiga resulta do desenvolvimento progressivo e uma trinca sa influncia de aplicaes repetidas de tenses, que so consideravelmeninferiores tenso capaz de provocar fratura sob carga crescente ou mesmcom valores nominais inferiores ao limite de escoamento do material.

A fratura normalmente ocorre aps um grande nmero de ciclos de tensetipicamente superior a 10 x 103ciclos, e conhecida como fadiga de alto cic(high cyclefatigue). Para tenses acima do limite de escoamento generalizada fratura ocorre com nmero de ciclos menor do que 10 x 10 3ciclos, senconhecida como fadiga de baixo ciclo (low cycle fatigue).


SENAI professor: Emerson Bertaglia de Paula

FADIGA

Dependo da forma como o componente solicitado o ciclo de solicitaespode ser mais facilmente caracterizado pelo valor das tenses aplicadas oupelo valor das deformaes resultantes. Para facilitar, costuma-se considerar oprimeiro caso como fadiga controlada por tenso ( stress controlled fatigue) eo segundo como fadiga controlada por deformao (strain controlled fatigue).Exemplos tpicos do primeiro caso so componentes automobilsticos, como

eixos, bielas, girabrequins, aeronuticos, como a asa do avio em voo, vasosde presso que so pressurizados e despressurizados ciclicamente; fadiga decomponentes submetidos a ciclos de temperatura, um exemplo tpico dosegundo caso, conhecido como fadiga trmica.



FADIGA

A importncia do estudo da fadiga torna-se clara quando consideramos qtodo componente mvel e quando parte das estruturas estticas estsubmetidos a ciclos de tenses.

Com maioria das falhas que ocorrem em servio so devidas fadiga.




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Costuma-se dividir o processo de fadiga em trs estgios:

Estgio I - Corresponde nucleao da trinca por deformao plsticalocalizada e o seu crescimento inicial ao longo de planos de escorregamento,sob a influncia de tenses de cisalhamento. Este estgio no visvel a olhonu na superfcie da fratura pois, normalmente, no se estende por mais de 2 a5 gros. Pode corresponder at a 90% do nmero total de ciclos que ocomponente suporta antes de fraturar; a presena de entalhes e altas tenseslocalizadas reduz a durao deste estgio.





FADIGA

Costuma-se dividir o processo de fadiga em trs estgios

Estgio II - Corresponde ao crescimento da trinca num plano perpendicular direo da tenso principal de trao. A transio do estgio I para II se datravs da formao de numerosos degraus, tambm no visveis a olho nu. A

fratura neste estgio II a mais caracterstica do processo de fadiga semprevisvel a olho nu e pode corresponder maioria da rea da superfcie dafratura, ainda que no corresponda necessariamente maior parte donmero de ciclos total suportado pela pea.






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FADIGA

Costuma-se dividir o processo de fadiga em trs estgios:

Estgio III - corresponde fratura brusca final que ocorre no ltimo ciclo tenses quando a trinca desenvolvida progressivamente atinge o tamanhcrtico para propagao instvel; desta forma a rea da fratura desenvolviprogressivamente depende das tenses aplicadas e da tenacidade material. Em princpio possvel que o material se deforme antes da ruptufinal, mas normalmente as fraturas de fadiga so macroscopicamen"frgeis", isto , no apresentam deformao macroscpica.



FADIGA

Da observao destes estgios fcil compreender que duas condies nonecessrias para ocorrer ruptura por fadiga;

a - tenses de trao: pois so estas tenses que provocam o crescimento datrinca em estgio II. importante notar, entretanto, que embora tenses de

compresso no provoquem fratura por fadiga, carregamento externo emcompresso pode provocar.



FADIGA

Da observao destes estgios fcil compreender que duas condies nonecessrias para ocorrer ruptura por fadiga;

b - deformao plstica localizada: embora, como foi dito acima, fraturas pfadiga ocorram sob tenses nominais abaixo do limite de escoamento,

condio necessria que haja deformao plstica localizada, pois, comoqualquer tipo de fratura de metais, a fadiga nucleada acompanhada propagao por deformao plstica.




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Sendo um processo essencialmente localizado, fcil de entender aimportncia, na fadiga, da concentrao de tenses devido a variaes dedimenses e estado de superfcie (entalhes mecnicos, como raios deconcorrncia, rasgos de chaveta, riscos de usinagem) ou a tenses residuaisde tratamento mecnico, trmico ou soldagem. Devido a isto, os resultadosobtidos em corpos de prova usinados e ensaiados em laboratrio tm umsignificado bastante restrito, sendo normalmente necessrios ensaios docomponente propriamente dito para se avaliar a resistncia fadiga. Emlaboratrio, fundamentalmente para o desenvolvimento de ligas e estudo devariveis metalrgicas, pode-se empregar diversos tipos de solicitao comoesquematizado na figura abaixo.



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FADIGA

Aspectos Macroscpicos da fratura por fadiga

As informaes mais importantes que se obtm pelo exame de uma fraturapor fadiga resultam do exame da pea e da superfcie da fratura a olho nu ouna lupa de baixo aumento. Deste exame pode-se concluir a respeito do tipo desolicitao e origem da fratura. Exames complementares, principalmente

metalogrficos e das propriedades mecnicas, auxiliam na determinao dacausa da fratura.



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O aspecto macroscpico mais caracterstico de uma fratura por fadiga so aschamadas "marcas de praia" ("beach marks " ou "clanshell marks"), vistas nafigura abaixo. Estas marcas so produzidas em consequncia de alteraes nciclo de tenses, seja no valor ou na frequncia de aplicao das teses ;

paradas intermedirias tambm podem produzir estas marcas.




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Estas marcas eram conhecidas como "marcas de repouso", pois julgava-se qucorrespondiam a posio da frente da trinca nos diferentes ciclos de tenseseste nome deve ser evitado pois, com esta denominao, podem serconfundidas com as "estrias" de fadiga, visveis apenas no microscpioeletrnico, e que efetivamente correspondem as posies da frente depropagao nos vrios ciclos de tenses.



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As marcas de praia podem se apresentar ntidas, ocupando rea considervelna superfcie de fratura, como nas figuras I e II, ou pequena rea, como nasFiguras III e IV; podem ser difceis de distinguir em consequncia doescorregamento entre as superfcies ou da estrutura e solicitao moderada

como na figura V. Em ligas de alumnio de alta resistncia, a superfcie defadiga pode ser facilmente confundida com fratura frgil.As marcas de praia no se formam quando no h alteraes no ciclo detenses. o que se observa em corpos de prova fraturados em laboratrio sobciclo constante, como mostra a figura VI.



FADIGAAspectos Macroscpicos da fratura por fadiga

figura 1




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FADIGAEfeito do tipo de solicitao

A Figura apresentada a seguir resume os efeitos do tipo de solicitao noaspecto da fratura.

Esto representadas esquematicamente as superfcies de corpos de prova ,fraturados sob altas e baixas tenses nominais, sem concentrao de tenses

e com concentrao moderada e intensa quando solicitados por trao-traoou trao+compresso, flexo unidirecional, flexo bidirecional, flexo-rotaoe toro.







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Vale a pena ressaltar neste esquema, os seguintes aspectos:

a - a rea ocupada pela regio da fratura brusca final diminui com adiminuio da tenso para o mesmo material.

b - mltiplos pontos de nucleao indicam severa concentrao de tenses;isto mais nitidamente observado quando as tenses so elevadas. Estamltiplas frentes eventualmente se unem medida que as trincas sepropagam. Antes de constiturem uma nica frente, as trincas so separadaspor degraus, constituindo um aspecto caracterstico conhecido como "marcasde catraca" (ratchet marks)








c - a trinca avana mais nas regies de maior triaxialidade de tenses,adquirindo por isso uma forma convexa (exemplo: high stress, no stressconcentration, tension); quando a regio de maior triaxialidade deslocada

para a periferia, devido a entalhe, a frente da trinca pode adquirir a forma deM (high stress, mild concentration, tension) ou inverter completamente acurvatura, que passa a cncava (low stress, severe cohcentration, tension).





d - a diferena entre o aspecto das fraturas resultantes de flexo unidirecione trao basicamente a localizao do inicio da trinca, que no primeiro cacorresponde fibra externa mais solicitada a trao. Os esquemas para corp

de prova retangulares nestes dois casos, mostram esta diferena mclaramente.

e - em flexo bidirecional a zona de fratura brusca final central quandosolicitao mxima for a mesma em ambos os sentidos.




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FADIGASolicitaes particulares em fadiga Fadiga de Contato







Em rolamento puro (sem escorregamento) essas mximas tenses decisalhamento ocorrem num plano abaixo da superfcie e do incio aoprocesso de fadiga nucleando uma trinca sub superficialmente; com apropagao destas trincas provocam trincas secundrias que atingem asuperfcie .




Em rolamento com escorregamento, as foras tangenciais e o aquecimenresultante do atrito provocam alteraes na grandeza e localizao dtenses: as mximas tenses de cisalhamento aumentam de valor e localizam junto superfcie. A trinca iniciada na superfcie e de propaga soum ngulo pequeno para o interior da pea.

Neste caso o "pit" tem uma forma triangular, pelo menos no incio dprocesso, apontando no sentido de rotao do componente.




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Em rolamento com escorregamento a fadiga de contato normamente ocorrena regio ou componente com escorregamento negativo. Para s definirescorregamento negativo e necessrio distinguir:A) sentido de rotao: sentido em que o componente gira sobre o seu eixo,B) sentido de rolamento: sentido em que o ponto de contato se desloca,C) sentido de escorregamento: sentido em que atua a fora de atrito.

Escorregamento negativo ocorre quando o sentido de escorregamento oposto ao de rolamento. Pode-se ver assim que a regio da engrenagens e ocilindro com menor velocidade perifrica no contato entre dois cilindros, estosujeitos a escorregamento negativo e, portanto, tem maior tendncia paraapresentarem fadiga de contato.




"Fretting

"Fretting" um processo de desgaste que conduz a falhas por fadiga esuperfcies em contato que no deveriam ter movimentos relativos mas qudevido a falhas de montagens, vibrao, apresentam micromovimentos escorregamento. Isto pode ocorrer, por exemplo, entre eixos e rodmontadas com interferncia, entre a telha e o suporte de um mancal descorregamento, entre a superfcie interna da pista interna de um mancal drolamento e o eixo.

Apesar de alguns aspectos do processo ainda no serem entendidos, elinhas gerais, acredita-se que ele se inicia pela solda e arrancamento pequenas partculas nas superfcies em contato, partculas que se oxidamfuncionam como abrasivo que risca as superfcies dando origem, nestes riscoa trincas de fadiga.




"Fretting

No caso de metais ferrosos a oxidao das partculas provoca o aparecimentode uma colorao avermelhada, principalmente na periferia da regio com"fretting".

A ausncia desta colorao, entretanto, no elimina a possibilidade de terocorrido "fretting", pois em metais no ferrosos ela no ocorre e em aos

pode no ocorrer se o acesso de oxignio regio do "fretting" for impedido,por exemplo por graxa ou leo.




"Fretting

Duas caractersticas ajudam a reconhecer o processo, alm da possibilidadede movimento relativo entre as superfcies:

a - normalmente observam-se vrias trincas de fadiga paralelas, uma delas spropagando e causando, eventualmente, a fratura.

b - a localizao das trincas interior as superfcies em contato e no junto periferia onde normalmente ocorreriam devido concentrao de tenses etenses residuais de trao resultantes da montagem.




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FADIGASolicitaes particulares em fadiga Fadiga Trmica

Submeter um componente a ciclos de temperatura por si s no conduz afadiga trmica. Para ocorrer fadiga trmica necessrio algum tipo derestrio dilatao ou contrao resultante da variao de temperatura.

Esta restrio provoca deformao plstica por compresso no aquecimento epor trao no resfriamento e so estas deformaes plsticas que conduzemao processo de fadiga.

A restrio pode ser externa, como os pontos de fixao de uma tubulao, ouinterna, quando ocorrem gradientes de temperatura na pea. Vemos quefadiga trmica tambm se distingue de fadiga a alta temperatura que decorrede tenses ou deformaes cclicas diretamente aplicadas a um componentesujeito a temperatura elevada e no devido a variao de temperatura.



FADIGASolicitaes particulares em fadiga Fadiga Trmica

Algumas caractersticas ajudam distinguir fadiga trmica de fratura porfluncia (creep) alm do tipo de solicitao:

a - a trinca de fadiga trmica normalmente transgranular enquanto a defluncia tipicamente intergranular.

b - a oxidao da superfcie da fratura normalmente uniforme na fluncia edecresce para o interior da pea na fadiga trmica.

c - em seo polida, na regio prxima da fratura, frequente observar trince vazios internos na pea na fluncia no observados na fadiga trmica.



FADIGASolicitaes particulares em fadiga Parafuso

sabido que parafusos mal apertados frequentemente rompem por fadiga.Isto se explica pelo fato da tenso de trao parafuso no variar diretamentecom a tenso externa que tende a separar os elementos aparafusados. Comefeito se os componentes fossem idealmente rgidos a so no parafuso no sealteraria enquanto a tenso externa no ultrapassasse a carga inicial do

parafuso, resultante torque. No caso de elementos elsticos observa-se umligeiro aumento na tenso do parafuso, mas muito inferior ao aumento dacarga externa.



FADIGAAspecto Microscpicos

A propagao de uma trinca sob a influncia de tenses alternadas prodfraturas que exibem uma srie de marcas paralelas, normalmente curvaregularmente espaadas e orientadas numa direo normal direo local dpropagao da trinca. Estas marcas recebem o nome de estrias ("striations"o seu aspecto mostrado nas figuras abaixo.




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Estas estrias no devem ser confundidas com "as marcas de praia", tpicas fraturas por fadiga ocorridas em servio e observveis a olho nu.

As "marcas de praia" se formam quando o ciclo de tenses sofre algumalterao enquanto que as estrias so formadas uma a uma em cada ciclo tenso. Assim corpos de prova fraturados em laboratrio sob ciclos de tens

uniformes no apresentam "marcas de praia" e apresentam as estrcaractersticas regularmente espaadas.




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O exame de superfcies de fraturas por fadiga obtidas por carga cclicasvariveis, de acordo com um programa pr-estabelecido, demonstrou quecada uma destas estrias produzida por um nico ciclo de tenses, apesar deque nem todo ciclo produz uma estria.

Assim, estas estrias, que tambm poderiam ser chamadas linhas de repouso,representam as posies sucessivas ocupadas pela frente de propagao datrinca nos ciclos de tenses sucessivos.







A velocidade de propagao da trinca medida pelo espaamento destasestrias, entretanto, divergi substancialmente daquela medidamacroscopicamente. Se a frente de propagao no se movimenta com amesma velocidade ao longo de todo o seu comprimento, o espaamentomdio entre as estrias ser maior do que o calculado pela medidamacroscpica da velocidade de propagao.

Por outro lado, se o estado de tenses junto ao vrtice da trinca que sepropaga for tal que ocorra a fratura frgil de partculas ou o rasgamento dctiljunto a interface partculas/matriz, um avano rpido local da frente depropagao ser provocado e o espaamento das estrias ser menor do queaquele calculado pelas medidas macroscpicas da velocidade de propagao.




Em geral, materiais com baixa energia de defeito de empilhamento exibeestrias mais bem definidas do que aqueles com alta energia de defeito empilhamento. Materiais CFC e HC usualmente exibem estrias mais bedefinidas do que os materiais CCC.

Assim que, em contraste com as estrias bem definidas observadas e

alumnio ou ao inoxidvel austentico, as estrias em aos de alta resistncso normalmente mal definidas.




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E importante observar que regies extensas de superfcies de fraturasproduzidas por fadiga podem no exibir estrias de tal maneira que um examecuidadoso deve ser realizado antes de se eliminar a possibilidade da fraturater sido provocada por fadiga. As regies aparentemente lisas apresentam,sob maior aumento, estrias com o mesmo aspecto mostrado anteriormente.



FADIGAAspecto Microscpicos - Extruses e Intruses

Uma das caractersticas resultantes da fadiga de metais a formao irregularidades microscpicas gerada na superfcie da pea sendo submetidacargas ou deformaes cclicas.

Estas irregularidades podem ser vistas claramente na figura abaixo,recebem o nome de extruses quando se projetam para fora do material, e intruses quando constituem "vales".







A grande importncia destas ocorrncias que comumente, trincas de fadinucleiam-se nestas extruses. e intruses. Caso se submeta periodicamentesuperfcie de corpos de prova sendo testados a polimentos qumicos, estirregularidades sero retiradas ou amenizadas e a vida fadiga do materser aumentadaExistem na literatura diversos modelos que explicam a formao das extrus

e intruses atravs da deformao plstica no reversvel localizada eregies na superfcie de peas sujeitas a fadiga; alm do mais, verifica-se quma vez formada a trinca inicia, ela tende a se propagar inicialmente ao longdestas regies onde ocorreu a deformao plstica localizada, mas tona mtarde uma direo perpendicular mxima tenso normal de trao. E assde grande importncia o controle da deformao plstica e das tenses trao na superfcie dos corpos sob solicitaes cclicas.




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FADIGAAspecto Microscpicos Nucleao de Trinca por Fadiga









FADIGAFadiga sob Tenses Cclicas

Muitos componentes e equipamentos industriais trabalham sob ciclos tenso ou carga. Exemplos deste tipo de carregamento so encontrados eeixos submetidos toro e flexo, molas sob cargas cclicas, e corpos prova de fadiga utilizados em testes do tipo S-N (tenso x numero de ciclos ocurva de Wohler).

Considerando um carregamento em que a tenso varie senoidalmenconforme figura abaixo, definem-se comumente as seguintes grandezas.




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FADIGAFadiga sob Tenses Cclicas Curva S x N

Dados so inseridos em grficos na forma de tenso x logaritmo do nmero Nde ciclos para falha para cada uma das amostras. Os valores da tenso so

normalmente tomados como amplitudes de tenso ( a, Equao da

amplitude de tenso); ocasionalmente, valores de mx. ou mn. podem

ser usados.

So observados dois distintos tipos de comportamento S-N , que sorepresentados esquematicamente nas figura abaixo.







Conforme estes grficos indicam, quanto maior a magnitude da tenso, tantomenor nmero de ciclos o material capaz de suportar antes da fratura. Paraalgumas ligas ferrosas e ligas de titnio, a curva S-N figura anterior se tornahorizontal em maiores valores de N ; ou, existe um nvel de tenso limite,chamado limite de fadiga (tambm s vezes conhecido como limite deresistncia fadiga abaixo do qual falha por fadiga no ocorrer.

Este limite de fadiga representa o mais alto valor de tenso flutuante que nocausar falha para um nmero essencialmente infinito de ciclos. Para muitosaos, limites de fadiga 50% do limite de resistncia trao.




A maioria das ligas no ferrosas (por exemplo, de alumnio, cobre, magnsino tm um limite de fadiga, uma vez que a curva S-N continua a sutendncia para baixo em valores crescentemente maiores de N figura acima

Assim fadiga finalmente ocorrer independente da magnitude da tenso. Paestes materiais, a resposta de fadiga especificada como resistncia fadig

que definida como o nvel de tenso na qual falha ocorrer para alguespecificado nmero de ciclos (por exemplo, 107ciclos). A determinao resistncia fadiga tambm demonstrada na figura anterior.




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Um outro importante parmetro que caracteriza um comportamento defadiga de um material a vida em fadiga Nf. Ela o nmero de ciclos paracausar falha num especificado nvel de tenso, como tomado a partir dogrfico S-N .Infelizmente existe sempre considervel disperso em dados de fadiga, isto ,uma variao no valor N medido para um nmero de amostras testadas nomesmo nvel de tenso.Isto pode conduzir a uma significativa incerteza quando vida em fadiga e/oulimite(ou resistncia) de fadiga estiver sendo considerado. A disperso emresultados uma consequncia da sensibilidade da fadiga a um nmero deteste e de parmetros de teste que so impossveis de controlarprecisamente.




Estes parmetros incluem fabricao da amostra e preparao da superfcvariveis metalrgicas, alinhamento da espcie no aparelho, tenso mdiafrequncia de teste.

Curvas S-N similares quelas mostradas na anterior representam curvas "melhor ajuste" que foram traadas atravs dos pontos dos dados de valmdio. um pouco difcil de perceber que aproximadamente metade damostras testadas realmente falharam em nveis de tenso que ficaaproximadamente 25% abaixo da curva (como determinado com base ntratamentos estatsticos).




Foram desenvolvidas vrias tcnicas estatsticas que so usadas paraespecificar vida em fadiga e limite de fadiga em termos de probabilidades. Ummeio conveniente de representar dados tratados desta maneira com umasrie de curvas de probabilidade constante, vrias das quais esto mostradasna figura abaixo.




O valor de P associado a cada curva representa a probabilidade de falha. Pexemplo, numa tenso de 200 MPa, ns esperamos que 1% das amostrfalhem ao redor de 106ciclos e 50% falhem ao redor de 2 x 107ciclos, e asspor diante. Deve-se lembrar que curvas S-N representadas na literatura snormalmente valores mdios, a menos que doutra forma especificado.

Os comportamentos de fadiga representados nas curva SxN apresentadpode ser classificados em 2 domnios. Um associado a relativamente altcargas que produz no apenas deformao elstica mas tambm algumdeformao plstica durante cada ciclo.




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Consequentemente, vidas em fadiga so relativamente pequenas; estedomnio denominado fadiga de baixo-ciclo e ocorre com menos de cerca de104 ou 105 ciclos. Para menos nveis de tenso onde deformaes sototalmente elsticas, tem-se vidas mais longas. Isto chamado fadiga de alto-ciclo porquanto um relativamente grande nmero de ciclos requerido paraproduzir a falha por fadiga. Fadiga de alto-ciclo est associado com vidas emfadiga maiores do que 104ou 105 ciclos.



FADIGAFadiga sob Tenses Cclicas Efeito da Tenso Mdia

Verifica-se experimentalmente que quando se aumenta a tenso mdia (de um ensaio, a tenso ( ) admissvel para que no ocorra a fratura em udado nmero de ciclos cai.

O fenmeno est esquematicamente indicado na figura abaixo (a) e dependncia de com frequentemente considerada como mostrana figura abaixo (b).







De acordo com Soderberg,

onde f (limite de fadiga) igual ao valor de a quando m=0 e ys tenso de escoamento a trao do material.

Define-se normalmente o limite de fadiga terico como 50% do limite resistncia do material.




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A equao de Goodman prev que :

Onde:

ts o limite de resistncia trao do metal.

f o limite de fadiga do materialm a tenso mdia




Finalmente, a curva proposta por Gerber obedece a equao

Experincias comumente fornecem resultados intermedirios entre previstos por Goodman e Gerber.



FADIGAFadiga sob Tenses Cclicas Dano Cumulativo

Durante a vida de um componente raramente o mesmo est sujeito a valoresconstantes de e , frequentemente de interesse se prever ocomportamento de um material fadiga quando o mesmo est submetido auma srie de diferentes solicitaes cclicas. Se Ni o nmero de ciclosnecessrios para romper um material quando = e ni o numero deciclos a que o material foi submetido sob a tenso 1 a lei de Palmgren-Miner

para o dano cumulativo afirma que a fratura ocorrer quando:

onde k o numero de nveis de solicitao i envolvidos no programa decargas.



FADIGAFadiga sob Tenses Cclicas Concentrao de Tenso

Um fator de extrema importncia na determinao da vida de uma peafadiga a presena de concentradores de tenso.

Nas regies onde a tenso elevada poder ocorrer deformao localizadformao de extruses e intruses. A figura abaixo mostra a grande influn

do grau de concentrao de tenses sobre o limite de resistncia a fadiga um material.

Quase todas peas contm descontinuidades, rasgos, chavetas e furos qlevam concentraes de teso, e que devem assim ser cuidadosamenprojetados.




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FADIGAFadiga sob Tenses Cclicas Concentrao de Tenso



FADIGAFadiga sob Tenses Cclicas Efeito do Tamanho

Um fator a ser considerado na avaliao da resistncia fadiga de uma peaum efeito de tamanho; comumente o limite de resistncia fadiga de umetal cai medida que o tamanho do corpo de prova ou da pea aumen(vide tabela abaixo).

Uma explicao mais razovel para o fenmeno estaria ligada aos menorgradientes de tenses existentes em peas maiores, com a consequncia quse tm valores mais altos de tenso ao longo de uma certa profundidade dsuperfcie da pea. Isto significa que pode ser extremamente difcil reproduem laboratrio, com pequenos corpos de prova, efeitos encontrados egrandes peas.



FADIGAFadiga sob Tenses Cclicas Efeito do Tamanho



Limite de Resistncia a Fadiga Flexo Alternada de um Ao Carbononormalizado

Dimetro do Corpo de Prova (in) Limite de Resistncia a Fadiga (psi)

0,3 36.000

1,5 29.000

6,0 21.000

FADIGAFadiga sob Tenses Cclicas Acabamento Superficial

Como j discutido anteriormente, trincas de fadiga comumente iniciam-se superfcie de peas. Assim, a condio em que se encontra esta superfcie importncia na determinao da vida fadiga de uma pea. A tabela abaiilustra a tendncia de queda do limite de resistncia fadiga medida querugosidade superficial aumenta.




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FADIGAFadiga sob Tenses Cclicas Acabamento Superficial



Vida fadiga do ao 3130, testado sob m = 0 e a = 95.000 psi

Acabamento Rugosidade ( in) Vida mdia a fadiga (ciclos)

Torneado 105 24.000

Parcialmente Polido 6 91.000

Polido 5 137.000

Retificado 7 217.000

Retificado e Polido 2 234.000

Superacabado 7 212.000

FADIGAFadiga sob Tenses Cclicas Tenses Superficiais

Quando se introduzem tenses-residuais de compresso na superfcie de umetal, sua, vida fadiga normalmente aumentada, pois estas tensdiminuem o nvel das tenses de trao na superfcie durante carregamentcclicos.

Mtodos comumente empregados para o estabelecimento destas tensresiduais de compresso so o jateamento com granalha (shot peening) elaminao superficial com roletes.

Em ambos os casos introduzem-se deformaes na camada superficial metal, gerando tenses de compresso camada superficial.




Quando a solicitao qual a pea est submetida envolve altas tenses, adeformao plstica eventualmente associada a este tipo de tenses podeprovocar um desaparecimento gradual das tenses residuais de compresso.

Alm dos mtodos discutidos acima, operaes de tmpera, cementao,

nitretao e tmpera superficial tambm podem gerar tenses residuais decompresso na superfcie da pea, com consequente melhoria daspropriedades a fadiga do metal.




A fadiga est associada deformao localizada na superfcie das peas, entpode se concluir que operaes que aumentem o limite de escoamensuperficial de metais levaro a uma melhoria do comportamento do matersob fadiga.

O aumento de resistncia ao incio da fadiga na superfcie da peas, associaa uma cementao, pode provocar uma ocorrncia de fadiga sub superficina interface entre a camada cementada e o ncleo. O efeito descarbonetao superficial de aos o oposto do exposto acima; a camasuperficial do metal amaciada, ocorre maior deformao plstica nesregio e a vida sob fadiga decresce.




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A eletrodeposio de camadas superficiais tambm afeta o comportamento afadiga de um metal; a cromao e niquelagem so usualmente prejudiciais,mas de grande importncia as condies sob as quais se realiza a deposio,pois estas podem afetar a adeso, porosidade e dureza da camada superficial,e induzir diferentes tenses residuais superficiais.



FADIGAFadiga sob Tenses Cclicas Corroso

de grande importncia a ocorrncia de fadiga em metais que trabalham eambientes corrosivos. A corroso por si s frequentemente leva formade pequenos entalhes superficiais ("pits"), que atuam como concentradorde tenso e diminuem a vida ulterior fadiga da pea.

No entanto, quando se tem a ao simultnea da corroso e da fadigobserva-se uma queda nas propriedades fadiga mais pronunciada do qaquela causada pela corroso anterior ao carregamento cclico, pois o ataqqumico aumenta a velocidade de propagao de trincas de fadiga. Mesmtestes atmosfera podem ser influenciados por este mecanismo: o cobtestado sob vcuo parcial apresenta maior resistncia fadiga que quandtestado ao ar.



FADIGAFadiga sob Tenses Cclicas Estrutura Metalogrfica

A fadiga sob tenses cclicas tambm sensvel estrutura metalrgica dosmetais, por exemplo, a adio de elementos de liga ao ferro e ao alumniomelhora suas propriedades a fadiga.

No caso de aos eutetides, o limite de resistncia fadiga cresce medidaque o espaamento das lamelas de perlita diminui; alm disso, aos

eutetides com o mesmo limite de resistncia, um deles com uma estruturaperltica grosseira e outro com estrutura esferoidizada, apresentamcomportamentos diferentes sob fadiga, sendo que as propriedades do aoesferoidizado so melhores. Em muitos materiais (por exemplo o lato) olimite de resistncia fadiga aumenta quando o tamanho de gro (d) cai,seguindo uma lei de proporcionalidade direta com d-l/2. Para outros metais oefeito do tamanho de gro desprezvel.



FADIGAFadiga sob Tenses Cclicas Estrutura Metalogrfica

Para o caso de aos de baixa liga, microestruturas resultantes de tratamentde tmpera e revenido geralmente fornecem o melhor comportamento sofadiga. A figura abaixo ilustra resultados para alguns destes aos.




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FADIGAFadiga sob Tenses Cclicas - Incluses

Fator que de grande importncia so a presena de incluses em metais e adireo de ensaio sob fadiga em relao direo em que estas inclusesesto alongadas. A tabela abaixo mostra a diferena de propriedades entreaos fabricados sob vcuo (poucas incluses) e um ao processado ao ar.Atribui-se ainda ao envelhecimento um efeito benfico sobre a resistncia fadiga dos metais.Temperaturas baixas geralmente aumentam resistncia fadiga de metais, oinverso ocorrendo a altas temperaturas, exceto para aos na faixa detemperaturas de 200 a 300C estes materiais sofrem envelhecimentodinmico nestas temperaturas, e seu limite de resistncia fadiga passa porum mximo nestas regies.



FADIGAFadiga sob Tenses Cclicas - Incluses



Influncia de incluses no limite de resistncia a fadiga ( f) de um ao 4340( m = 0)

Fuso ao Ar Fuso ao Vcuo

f medido paralelamentes incluses (psi)

116.000 139.000

f medidoperpendicularmente s

incluses (psi)79.000 120.000

Analise de Falha Fadiga2

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