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Carregado porUniversidade Federal do Piauí
Prop 2011 -_aula8_-_fadiga
A fadiga é uma falha estrutural que ocorre em materiais sujeitos a cargas cíclicas abaixo do limite de resistência, respondendo por cerca de 90% das falhas em metais. O ensaio de fadiga avalia a resistência de um material sob cargas cíclicas através da curva S-N, que relaciona a tensão máxima aplicada com o número de ciclos até a fratura. A fratura por fadiga ocorre em três etapas: iniciação da tr
Prop 2011 -_aula8_-_fadiga
- 1. Ten Cel SousaLima 2011 1 de 9 Propriedades dos Materiais Fadiga INSTITUTO MILITAR DE ENGENHARIA PROGRAMA DE CIÊNCIA DOS MATERIAIS FADIGA Propriedades dos Materiais Ten Cel Sousa Lima, D. C. Ten Cel Sousa Lima 2011Propriedades dos Materiais - Fadiga SUMÁRIO Introdução Carregamento Ensaio Fratura Variáveis 2 de 18
- 2. Ten Cel SousaLima 2011 2 de 9 Propriedades dos Materiais Fadiga Ten Cel Sousa Lima 2011Propriedades dos Materiais - 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 3 de 18 Ten Cel Sousa Lima 2011Propriedades dos Materiais - Fadiga 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 4 de 18
- 3. Ten Cel SousaLima 2011 3 de 9 Propriedades dos Materiais Fadiga Ten Cel Sousa Lima 2011Propriedades dos Materiais - Fadiga ENSAIO DE FADIGA Equipamentos 5 de 18 Ten Cel Sousa Lima 2011Propriedades dos Materiais - Fadiga 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) 6 de 18
- 4. Ten Cel SousaLima 2011 4 de 9 Propriedades dos Materiais Fadiga Ten Cel Sousa Lima 2011Propriedades dos Materiais - 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 7 de 18 Ten Cel Sousa Lima 2011Propriedades dos Materiais - Fadiga 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 8 de 18
- 5. Ten Cel SousaLima 2011 5 de 9 Propriedades dos Materiais Fadiga Ten Cel Sousa Lima 2011Propriedades dos Materiais - 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 9 de 18 Ten Cel Sousa Lima 2011Propriedades dos Materiais - Fadiga FRATURA POR FADIGA Marcas de praia; as setas indicam a direção de crescimento de trinca Origem Superfície de fratura 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 10 de 18
- 6. Ten Cel SousaLima 2011 6 de 9 Propriedades dos Materiais Fadiga Ten Cel Sousa Lima 2011 Fratura Origem Propriedades dos Materiais - Fadiga FRATURA POR FADIGA Marcas de praia ou de concha Superfície de fratura Cada banda corresponde a um período de tempo em que ocorreu o crescimento ininterrupto da trinca Eixo rotativo de aço com marcas de praia 11 de 18 Ten Cel Sousa Lima 2011Propriedades dos Materiais - Fadiga FRATURA POR FADIGA Estrias de fadiga (MEV, 1000X) Superfície de fratura 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 12 de 18
- 7. Ten Cel SousaLima 2011 7 de 9 Propriedades dos Materiais Fadiga Ten Cel Sousa Lima 2011Propriedades dos Materiais - Fadiga FRATURA POR FADIGA Estrias de fadiga em Al (MEV) Superfície de fratura 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) 13 de 18 Ten Cel Sousa Lima 2011Propriedades dos Materiais - Fadiga FRATURA POR FADIGA Superfície de fratura 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 14 de 18
- 8. Ten Cel SousaLima 2011 8 de 9 Propriedades dos Materiais Fadiga Ten Cel Sousa Lima 2011Propriedades dos Materiais - Fadiga VARIÁVEIS Generalidades O comportamento de fadiga é altamente sensível a diversas variáveis, dentre elas: - Nível médio de tensão; - Efeitos superficiais; - Efeitos ambientais 15 de 18 Ten Cel Sousa Lima 2011Propriedades dos Materiais - Fadiga 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 16 de 18
- 9. Ten Cel SousaLima 2011 9 de 9 Propriedades dos Materiais Fadiga Ten Cel Sousa Lima 2011Propriedades dos Materiais - 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 17 de 18 Ten Cel Sousa Lima 2011Propriedades dos Materiais - Fadiga 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 18 de 18