prof. ulisses!

a. fraturab. tenacidade e teste de impacto

c. fadigad. fluência

ftec!

a. fratura

Em abril de 1912 o Titanic atingiu um iceberg, provocando a ruptura de seus seis compartimentos localizados na parte da frente.A temperatura da água naquele momento era de -2oC.Morreram 1.500 pessoas nesse acidente.O aço utilizado no Titanic foi analisado, descobriu-se que a temperatura de transição dúctil-frágil para o material do casco do navio era de 32oC.

Ferrita perlita Partículas de MnS

Falha é a inabilidade do material ou componente em:

a) Executar uma função projetada,b) Atender critérios de desempenho, embora possa ainda estar em funcionamento,c) Funcionamento de forma segura e confiável, mesmo depois da deterioração.

O material pode falhar quando acontece seu escoamento, desgaste, flambagem, corrosão e fratura, para isso são levados em consideração os fatores de segurança nos projetos para reduzir a possibilidade de ocorrência de fraturas.

Sob o ponto de vista microscópico a falha se dá em um material por: acumulo de danos, iniciação de uma ou mais trincas, propagação da trinca e fratura do material.

a. fratura

a. fratura

(ASM Handbook of Failure Analyses and Prevention, vol. 11, 1992. Reimpresso com permissão de ASM International. Todos os direitos reservados. www.asminternational.org.)

Fratura, é a separação de um sólido em duas ou mais partes, em materiais metálicos podem ser dúcteis ou frágeis.A fratura dúctil, ocorre após deformação plástica significativa e se caracteriza pela lenta propagação de fissuras, a trinca é estável, ou seja ela para de se propagar a menos que seja aumentada a tensão.

(G. Dieter, �Mechanical Metallurgy�, 2. ed., McGraw-Hill, 1976, p. 278.)

Formação e propagação das trincas Fratura dúctil tipo taça cone

a) Formação do pescoço,b) Formação de cavidades,c) Coalescimento das cavidades para promover uma trinca,d) Formação e propagação da trinca em um ângulo de 45° em relação à tensão aplicada,e) Rompimento do material por propagação da trinca.

a. fraturaA fratura dúctil ocorre após deformação plástica significativa e se caracteriza pela lenta propagação de fissuras, a trinca é estável, ou seja ela para de se propagar a menos que seja aumentada a tensão.

(ASM Handbook, vol. 12 – Fractography, p. 14, fig. 21, 1987. Reimpresso com permissão de ASM International. Todos os direitos reservados. www.asminternational.org.)

MEV da fratura dúctil:dimples: coalescência de micro vazios

(K.E. Puttick, Philos. Mag. 4: 964 (1959).)

Fissura interna na zona da estricção de um corpo de prova policristalino de cobre de elevada pureza. (Ampliação 9×)

a. fraturaFratura frágil: ocorre em planos cristalográficos característicos (planos de clivagem), a propagação das trincas são rápidas, súbitas, inesperadas e catastróficas. ocorre pouca deformação plástica.

(ASM Handbook of Failure Analysis and Prevention, vol. 11. 1992. Reimpresso com permissão de ASM International. Todos os direitos reservados. www.asminternational.org.)

Fratura frágil de uma liga metálica mostrando as estrias radiais que

emanam do centro da amostra.

a. fraturaA fratura frágil ocorre em planos cristalográficos característicos (planos de clivagem), a propagação das trincas são rápidas, súbitas, inesperadas e catastróficas. ocorre pouca deformação plástica.

(W.L. Bradkey, Texas A&M University, From ASM Handbook, vol. 12, p. 237, fig. 97.1987. Reimpresso com permissão de ASM International.

Todos os direitos reservados. www. Virtual Lab asminternational.org.)

Clivagem (trinca) de fratura frágil em ferro fundido maleável ferrítico.

(MEV 1.000×)

Fratura frágil transgranular: as fissuras se propagam através dos

grãos

Fratura frágil intergranular: as fissuras acontecem nos contornos

de grãos

a. fraturaA fratura frágil ocorre em 3 etapas:a) Deformação plástica concentrada das discordâncias junto a obstáculos nos planos de escorregamento,b) Surgem tensões de cisalhamento nos locais em que as discordâncias estão bloqueadas, ocorrendo a nucleação de microfissuras,c) Tensões provocam a propagação de microfissuras.a fratura frágil pode ocorrer por: existência de defeitos no metal, que são formados na fabricação dos componentes, são eles: grandes inclusões, inadequada orientação dos grãos, porosidades, rasgos, trincas.certas imperfeições, baixas temperaturas e velocidades de deformação altas podem provocar fratura frágil em materiais dúcteis, conhecido como TDF (transição dúctil frágil).

a. fratura

Fonte: www.youtube.com/watch?v=EeiwCbtJWyI Fonte: www.youtube.com/watch?v=5QaqwmZ7Sic

vídeo vídeo

b. tenacidade e teste de impacto

(H.W. Hayden, W.G. Moffatt and J. Wulff, �The Structure and Properties of Materials�, vol. III, Wiley, 1965, p. 13.)

A tenacidade é a medida da quantidade de energia que um material pode absorver antes da fratura.O ensaio com corpo de prova entalhado em “V” ou Charpy é o mais usado para definir a tenacidade.Conhecendo-se a massa do pêndulo e a diferença de alturas h - h’ pode-se estimar a tenacidade.

Avaliação da tenacidade e ensaio Charpy

b. tenacidade e teste de impacto

Fratura dúctil tipo taça cone

Fratura frágil Material muitodúctil

Tipos de fratura no ensaio Charpy

b. tenacidade e teste de impacto

Fonte: www.youtube.com/watch?v=GirrGcJSb_0

vídeo

b. tenacidade e teste de impacto

(G. Dieter, “Mechanical Metallurgy”, 2. ed., McGraw-Hill, 1976, p. 278. Reimpresso com a permissão da McGraw-Hill Companies.)

A TDF indica a acentuada mudança que alguns materiais sofrem na sua resistência a fratura, que pode ser avaliada pelo ensaio Charpy.Metais CFC e ligas de alta resistência: não sofrem TDF,

Efeito da temperatura na energia absorvida por impacto para diferentes materiais.

Temperatura de transição dúctil frágil (TDF):

b. tenacidade e teste de impacto

Aços com baixo teor de carbono têm uma faixa de temperatura de transição menor e mais estreita do que aços com alto teor de carbono.A TDF é muito importante na seleção de materiais que irão trabalhar em ambientes frios (ex.: embarcações e plataformas do Mar Ártico).

(G. Dieter, “Mechanical Metallurgy”, 2. ed., McGraw-Hill, 1976, p. 278. Reimpresso com a permissão da McGraw-Hill Companies.)

Efeito do teor de carbono de aços recozidos nas curvas da energia de impacto em função da temperatura.

Percentual de carbono x TDF

baixo %C

médio %C

alto %C

b. tenacidade e teste de impactoO efeito do tamanho do grão, na TDF

Grãos finos Grãos grossos

O gráfico ao lado apresenta o aumento da temperatura transição dúctil frágil (TDF) numa junta de solda devido ao crescimento do tamanho do grão.

b. tenacidade e teste de impactoTenacidade à fratura

A fratura de um material metálico tem início no local onde a concentração de tensões e mais elevada, como por exemplo na extremidade de uma trinca.Tração uniaxial aplicada a uma chapa de uma liga metálica (a) com uma

trinca superficial a, (b) com uma trinca central 2a; (c) distribuição de tensões em função da distância à extremidade da trinca. A tensão é

máxima na extremidade da trinca.

c. fadiga

Quando o material submetido a tensões cíclicas ou repetitivas sofre fratura.Cerca de 80% das rupturas dos elementos de máquinas são ocasionadas devido à ação direta de fraturas à fadiga.A fratura ocorre geralmente em um conto vivo ou entalhe.

(H.W. Hayden, W.G. Moffatt and J. Wulff, �The Structure and Properties of Materials�, vol. III, Wiley, 1965, p. 13.)

Esquema de uma máquina de fadiga por flexão alternada de R.R. Moore.

Fonte: www.youtube.com/watch?v=msVt0mrvopg

Ensaio de fadiga por flexão

Fonte: http://www.youtube.com/watch?v=YLQIEFBWDt8

Fonte: https://www.youtube.com/watch?v=y86NxsjgpVE

vídeo

c. fadiga

A curva σ-N representa a tensão versus número de ciclos para que ocorra a fratura (N).Normalmente para N utiliza-se escala logarítmica.

Para os aços o limite de resistência à fadiga (σRf) está entre 35-65% do limite de resistência à tração.

Curva de fadiga materiais ferrosos

c. fadigaCurva de fadiga materiais não ferrosos

A tensão na qual ocorrerá a falha em materiais como Al, Mg e Cu decresce continuamente com o número de ciclos.

Essa tensão pode ser definida como a tensão onde ocorre a ruptura para um número arbitrário de ciclos (em geral 107-108 ciclos).

c. fadiga

(H.W. Hayden, W.G. Moffatt and J. Wulff, �The Structure and Properties of Materials�, vol. III, Wiley, 1965, p. 13.)

Curva tensão em função do número de ciclos (N) para a fratura por fadiga da liga de alumínio 2014-T6 e do aço de médio teor de carbono 1047.

Muitas ligas ferrosas apresentam um limite de fadiga que é cerca de 1/2 da sua resistência à tração.

Isso não ocorre para ligas não ferrosas, que podem apresentar seu limite de resistência à fadiga na ordem de 1/3 da resistência à tração.

~ 1/2

~ 1/3

c. fadiga

http://www.toyota-motorsport.com/media/tmg/Full_Car_Road_Simulator_Mini_Brochure_04.pdf

Teste de fadiga com um automóvel Lancia.as tensões cíclicas podem variar muito entre os casos

reais e testes de fadiga

(J.A. Rinebolt and W.H. Harris, Trans. ASM, 43:1175(1951).)

Tensões cíclicas

Tipos de tensões cíclicas em fadiga: (a) ciclo de tensão completamente reverso ou

alternada ideal, (b) ciclo de tensão repetitivo com

tensões max e min iguais ou tensão flutuante(c) ciclo de tensão randômico ou aleatório.

c. fadigaFatores que alteram a resistência à fadigaa) A concentração de tensão: diminui fortemente a resistência à fadiga,b) A rugosidade superficial: origina concentradores de tensão diminuindo a resistência à fadiga,c) O estado da superfície: tratamentos como cementação e nitretação aumentam a dureza superficial e a resistência à fadiga do material,d) O ambiente: corrosivo acelera a propagação de trincas, reduzindo a resistência à fadiga.

http://mcise.uri.edu/sadd/compclassroom/fea.html

http://www.ansys.com/staticassets/ANSYS/staticassets/resourcelibrary/confpaper/2008-Int-

ANSYS-Conf-methodology-stress-factors.pdf

A fluência é a deformação permanente de materiais quando estes são sujeitos a cargas ou tensões constantes em um determinado período de tempo. Para os metais ela só é relevante para temperaturas iguais ou superiores a aproximadamente 0 ,4Tf (Tf é a temperatura absoluta de fusão). Os polímeros amorfos, como plásticos e borrachas, são os materiais mais sensíveis a este tipo de deformação.

d. fluência

Executado pela aplicação de uma cargauniaxial constante no corpo de prova demesma geometria dos utilizados no ensaio detração, a uma temperatura elevada constante.O tempo de aplicação de carga é estabelecidoem função da vida útil esperada.Mede-se as deformações ocorridas em funçãodo tempo (ε x t).

d. fluência

Curva de fluência típica do metal. Representa a deformação do metal ou da liga em questão em função do tempo sob a ação

de uma carga constante em uma temperatura também constante. A segunda fase de fluência (fluência linear) é de

maior importância em engenharia de projeto sempre que, nas condições de operação, ocorre uma grande deformação por

fluência.

N a r e g i ã o p r i m á r i a o material encrua, tornando-se mais rígido, e a taxa de crescimento da deformação com o tempo diminuiNa região secundária a taxa de crescimento é constante (es tado es tac ionár io ) , devido a uma competição e n t r e e n c r u a m e n t o e recuperaçãoNa região terciária ocorre u m a a c e l e r a ç ã o d a deformação causada por mudanças microestruturais tais como rompimento da fronteiras de grão.

d. fluênciaPá de turbina de um motor a jato que sofreu deformação por fluência, com deformação

localizada e múltiplas fissuras intergranulares.

Efeito do aumento de tensão na forma da curva de fluência de um metal (esquema).

Observe que, à medida que a tensão aumenta, a taxa de deformação igualmente

aumenta.

d. fluência

(A.H. Cottrell and D. Hull, Proc. R. Soc. London, 242A: 211-213 (1957).)

Curva de fluência de uma liga de cobre ensaiada a 225 ºC e

230 MPa. A inclinação da região linear da curva é a taxa

de fluência estacionária.

(H.E. McGannan (ed.), �The Making, Shaping and Treating ot Steel�, 9. ed., United States Steel, 1971, p. 1256.)

Efeito da tensão sobre a taxa de fluência do aço inoxidável 316 (18% Cr–12% Ni–2,5% Mo) em várias temperaturas (593

ºC, 704 ºC, 816 ºC).

d. fluência

vídeo

por que a fluência influencia a resistência do materialcom o tempo e temperatura.Fonte: https://www.youtube.com/watch?v=SzAjj4scRd4

merci