Ciência dos Materiais Fluência, Resiliência e Tenacidade

Fluência

“Fluência é a deformação lenta e permanente de materiais quando estes são sujeitos a cargas ou tensões constantes e está dependente do tempo.” Ocorre devido a falha na estrutura cristalina dos materiais.

Para os metais ela só é relevante para temperaturas iguais ou superiores a aproximadamente 0,4 vezes a temperatura de fusão em Kelvin.

Ensaio de Fluência

Os ensaios de fluência consistem em sujeitar o provete a cargas e a temperaturas constantes.

A deformação é medida e traçada em função do tempo decorrido até ocorrer a fratura do provete.

Curva Típica

-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

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.

Fatores que influenciam a resistência

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 %.

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.

Resiliência

Definições:

Para Psicologia

Capacidade do individuo lidar com problemas

Para Ecologia

Capacidade de restabelecer o equilíbrio

Para nós

É a capacidade de um material voltar ao seu estado normal depois de ter sofrido tensão.

A propriedade de alguns materiais de acumular energia, quando exigidos ou submetidos a estresse sem ocorrer ruptura.

Esses materiais, logo após um momento de tensão, podem ou não ser danificado, e caso seja, se ele terá a capacidade de voltar ao normal.

É medida em percentual da energia devolvida após a deformação. Onde 0% indica que o material sofre deformações exclusivamente plásticas e 100% exclusivamente elásticas.

Quanto maior for a resiliência, maior é a quantidade de energia restituída

A quantidade de energia que não é restituída pode manifestar-se sob a forma de calor, ou seja, num aumento de temperatura

Módulo de resiliência

É a área sob a curva tensão-deformação de engenharia até o escoamento.

Em situações extremas, isto é, quando o artefato não restitui praticamente nenhuma energia, a elevação de calor é tal, que conduz à sua destruição.

Em aplicações de natureza dinâmica e especialmente nos casos de tensões dinâmicas de elevada frequência, em que a acumulação de energia observada ao fim de um certo número de ciclos pode também conduzir à destruição do artefato.

Curva de descarga

Um espécimen de submetido a uma força crescente qualquer, obtendo-se, em resposta, as correspondentes deformações. A representação gráfica das forças aplicadas em função das deformações obtidas corresponde à curva de carga mostrada na Figura, pela linha ascendente A-B. supondo que a força aplicada seja removida progressivamente, o espécimen tende a recuperar a sua forma inicial, mas não recuperará completamente; temos então a curva de descarga (linha descendente B-C).

Como as áreas sob as curvas representam a energia fornecida na fase de carga e a energia devolvida na fase de descarga, a diferença entre elas corresponde à área compreendida entre as duas linhas; é a chamada histerése. Quanto maior é a histerése, menor é a resiliência. A distância A-C corresponde a uma deformação residual permanente.

Uma forma simples de medir a resiliência é pelo ensaio de “ressalto” (rebound).

Um disco de determinado diâmetro e espessura é colocado no porta provetes, onde recebe o impacto de um pêndulo de martelo, em queda livre. A zona de impacto é constituída por uma superfície semi esférica. Em resultado do impacto, o pêndulo recua e é então medida a altura a que é devolvido, exprimindo-se a resiliência pela percentagem desta altura em relação à altura de queda.

Tenacidade

Tenacidade é a energia mecânica, ou seja, o impacto necessário para levar um material à ruptura. Tenacidade é uma medida de quantidade de energia que um material pode absorver antes de fraturar. Os materiais cerâmicos, por exemplo, têm uma baixa tenacidade.

É representado pela área sob a curva tensão-deformação até o ponto da fratura.

Sua unidade é a mesma de resiliência (energia por unidade de volume do material).

O material capaz de absorver uma quantidade elevada de energia nesse regime é dito tenaz. É o oposto do material frágil, onde se tem a fratura com pequena absorção de energia.

Fatores importantes para definir esta propriedade é a forma geométrica do corpo de prova, bem como a maneira com que a carga é aplicada.

Para situações onde o processo é estático a tenacidade pode ser avaliada a partir dos resultados de um ensaio tração-deformação em tração.

É o oposto do material frágil, onde se tem a fratura com pequena absorção de energia.

Tal energia pode ser calculada através da área num gráfico Tensão - Deformação do material, portanto basta integrar a curva que define o material, da origem até a ruptura.

Segundo a tenacidade um mineral pode ser:

• Friável (frágil, quebradiço): Que pode ser quebrado ou reduzido a pó com facilidade. Ex: calcita, fluorita.

• Maleável: Pode ser transformado facilmente em lâminas, Ex. ouro, prata, cobre.

• Séctil: Pode ser facilmente cortado com um canivete. Ex ouro, prata, cobre.

• Dúctil: Pode ser transformado facilmente em fios. Ex. ouro, prata, cobre.

• Flexível: Pode ser dobrado, mas não recupera a forma anterior. Ex: talco, gipsita.

• Elástica: Pode ser dobrado mas recupera a forma anterior. Ex. micas.

"Dureza é a resistência ao risco. Não deve ser confundida com a tenacidade, que é a resistência ao choque mecânico."