Propriedades dos Materiais - Fadiga em Detalhe

Ten Cel Sousa Lima 2011 1 de 9
Propriedades dos Materiais
Fadiga
INSTITUTO MILITAR DE ENGENHARIA
PROGRAMA DE CIÊNCIA DOS MATERIAIS
FADIGA
Ten Cel Sousa Lima, D. C.
Ten Cel Sousa Lima 2011Propriedades dos Materiais - Fadiga
SUMÁRIO
 Introdução
 Carregamento
 Ensaio
 Fratura
 Variáveis
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Fadiga
INTRODUÇÃO
 Definição
A fadiga é uma falha estrutural
que ocorre em um material
sujeito a cargas cíclicas
Ocorre abaixo do limite de
escoamento ou de resistência à
tração, em todos os materiais
Responde por cerca de 90% das
falhas em metais
É catastrófico e ocorre
rapidamente, sem indicação
visual
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INTRODUÇÃO
 Tensões cíclicas
A tensão aplicada pode ser de natureza
axial (tração-compressão), flexional ou
torsional
Em geral, 3 diferentes modos de
variação de tensão com o tempo são
possíveis
Ciclo alternado
Ciclo repetido
Ciclo aleatório
2
mínmáx
m




2
mínmáx
a




Média Amplitude
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Fadiga
ENSAIO DE FADIGA
 Equipamentos
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ENSAIO DE FADIGA
 máx
N até fratura
Curva S-N
 Curva S-N
S,máx,mín,a(MPa)
Aços (35 – 60% LRT)
Ligas Ti, Mo
Ligas ferrosas
Limite de resistência
à fadiga
Resistência
à fadiga
Vida em
fadiga
Cu, Al
Ligas não ferrosas
Fadiga de baixo
ciclo (<105)
Fadiga de alto
ciclo (>105)
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Fadiga
ENSAIO DE FADIGA
 Curva S-N
Existe um considerável espalhamento dos dados de fadiga, resultado
de sua sensibilidade a parâmetros de ensaio e de fabricação do CP,
que incluem a sua preparação superficial, o seu alinhamento e
variáveis metalúrgicas
Uma das forma de
representar estes dados é
por meio de uma série de
curvas de probabilidade P
Assim, as curvas de
literatura são,
normalmente, valores
médios
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ENSAIO DE FADIGA
 Curva S-N
Os materiais poliméricos possuem limites de resistência à fadiga e a
resistência à fadiga menores do que aqueles dos metais, bem como
um comportamento em fadiga muito mais sensível à frequência de
carregamento
O seu ciclamento a altas
frequências e cargas pode
causar aquecimento
localizado, levando a uma
falha por amolecimento em
vez de propriamente por
fadiga
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Fadiga
FRATURA POR FADIGA
 Superfície de fratura
Origem
Propagação
de trinca
Ruptura
catastrófica
Representação esquemática da
superfície de fratura por fadiga
O processo de fratura por
fadiga é caracterizado por 3
etapas que podem,
geralmente, ser observados
por fratografia:
- Iniciação da trinca
Forma-se em um
concentrador de tensões
- Propagação da trinca
Marcas de praia (ou
concha) e estrias de fadiga
- Fratura final
Dúctil ou frágil
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FRATURA POR FADIGA
Marcas de praia; as setas indicam
a direção de crescimento de trinca
Origem
As marcas de praia (marcas
de conchas) podem ser
observadas a olho nu
São encontradas em
componentes que
experimentam interrupções
durante o seu funcionamento
Fratura
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Fadiga
Ten Cel Sousa Lima 2011
Fratura
Origem
Propriedades dos Materiais - Fadiga
FRATURA POR FADIGA
Marcas de praia
ou de concha
Cada banda corresponde a
um período de tempo em que
ocorreu o crescimento
ininterrupto da trinca
Eixo rotativo de aço
com marcas de praia
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FRATURA POR FADIGA
Estrias de fadiga
(MEV, 1000X)
Cada estria corresponde ao
avanço de uma frente de
trinca durante um único ciclo
de carregamento e apresenta
dimensões microscópicas
Podem existir milhares de
estrias em uma única marca
de praia
São observáveis apenas ao
MET ou MEV
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Fadiga
FRATURA POR FADIGA
Estrias de fadiga
em Al (MEV)
Embora a presença de marcas de
praia e de estrias confirmem que a
causa da falha foi a fadiga, a sua
ausência não exclui esta possibilidade
Estrias de fadiga
em Al (MET)
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FRATURA POR FADIGA
As marcas de praia e as
estrias não estarão
presentes na região de
ruptura, que pode ser frágil
ou dútil
Textura opaca e fibrosa
da região de ruptura
Origem
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Fadiga
VARIÁVEIS
 Generalidades
O comportamento de fadiga é altamente sensível a diversas
variáveis, dentre elas:
- Nível médio de tensão;
- Efeitos superficiais;
- Efeitos ambientais
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VARIÁVEIS
 Nível médio de tensão
A sua influência pode ser
visualizada por meio de uma
série de curvas S-N
O seu aumento diminui a
vida em fadiga
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Fadiga
VARIÁVEIS
 Efeitos de superfície
A maioria das trincas tem início em concentradores de tensões
na superfície, onde estão localizadas, geralmente, as tensões
máximas
As variáveis de projeto incluem entalhes ou descontinuidades,
que podem atuar como concentradores de tensões, mais severos
quanto menor for o seu raio de curvatura
Isso pode ser evitado com a
eliminação de mudanças
geométricas bruscas, como o
adoçamento de filetes com
grandes raios de curvatura
Adoçamento
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VARIÁVEIS
 Efeitos de superfície
Durante as operações de usinagem, a
introdução de riscos e sulcos limitam a
vida em fadiga da peça
A melhoria do acabamento superficial,
por meio de polimento, por imposição
de tensões residuais de compressão
ou de endurecimento superficial
aumentam o desempenho em fadiga
Tensões residuais superficiais são introduzidas por jateamento de
partículas pequenas e duras (0,1-1 mm) lançadas a altas
velocidades e que deformam a peça plasticamente
Jateado
Normal
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