Apresentação do PowerPoint
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Fratura Separação do material devido a tensão aplicada, numa temperatura abaixo do ponto de fusão. Passos da fratura: • Formação da trinca • Propagação da trinca Dependendo da habilidade do material em deformar plasticamente antes da fratura, dois tipos de fratura pode ocorrer: • Dúctil • Frágil. Fratura dúctil – maioria dos metais (não tão frios) •Grande deformação plástica na frente da trinca •Trinca é “estável”: resiste a tensão adicional •Elevada absorção de energia (tenacidade) antes da fratura Fratura frágil – cerâmicas, gelo, metais frios •Pouca deformação plástica •Trinca “instável”: propaga rapidamente sem um aumento de tensão. •Baixa absorção de energia antes da fratura A fratura dúctil é preferida na maioria das aplicações A. Muito dúctil: metais moles (Pb, Au) a temperatura ambiente, polímeros, vidros em alta temperatura. B. Fratura moderadamente dúctil: típico para materiais dúcteis. C. Fratura frágil: metais frios, cerâmicas. Fratura dúctil • Fibrosa • Taça-cone • Trinca propaga por cisalhamento • Ocorre movimento das discordâncias a) b) c) d) e) Formação do pescoço Formação de microcavidades Coalescência das cavidades e formação da trinca Propagação da trinca Fratura Taça-cone: Alumínio Fractografia: Por MEV Apresenta “dimples” esféricos que correspondem a micro-cavidades que iniciam a formação da trinca Fratura frágil • Brilhante • Transgranular ou intergranular • Trinca propaga por clivagem: quebra das ligações atômicas ao longo de um plano cristalino especifico (plano de clivagem) • Sem deformação plástica apreciável • Propagação da trinca é muito rápida • Trinca propaga perpendicular a direção da tensão aplicada Fratura frágil em aço temperado A. Fratura transgranular: Trinca passa através os grãos. A superfície de fratura tem textura facetada devido a diferentes orientações dos planos de clivagem dos grãos. B. Fratura intergranular: A propagação da trinca é ao longo dos contornos de grãos. Os contornos de grãos são mais fracos e geralmente segregam impurezas, etc. A tensão de fratura em sólidos frágeis está ligado as forças coesivas entre os átomos, e é aproximadamente E/10 – E/10000. Esta tensão pode ser mais baixa em presença de falhas microscópicas (concentradores de tensões), e depende da dimensão, geometria e orientação da micro trinca. Análise da tensão na ponta da trinca Para trincas longas orientadas perpendicular a tensão aplicada, a máxima tensão perto da trinca é: ⎛ a σ m ≈ 2σ 0 ⎜⎜ ⎝ ρt ⎞ ⎟⎟ ⎠ 1 2 σ0=tensão externa aplicada ρt = o raio de curvatura da trinca a=metade do comprimento da trinca interna e trinca inteira externa. Trinca concentrador de tensão: Ensaio de impacto (Teste de fratura característica pela alta taxa de deformação) Charpy e Izod: medem a energia requerida de impacto para fraturar a peça, também chamado de tenacidade por entalhe. Estimativa industrial, detecta diferenças entre materiais que não são observados num ensaio de tração Transição dúctil-frágil Quando a temperatura decresce uma material dúctil pode se tornar frágil. Um metal CFC mantém-se dúctil a temperaturas baixas. Para cerâmicas, esta transição ocorre em temperaturas mais altas que para metais. A transição dúctil-frágil pode ser medida pelo ensaio de impacto: a energia de impacto necessária para fraturar um material numa estreita faixa de temperatura – temperatura de transição dúctilfrágil. • A quantidade de energia absorvida no impacto pode ser calculada pelo arco descrito pelo pendulo após ultrapassar o CP. Essa energia é uma medida da tenacidade e tem relação com a área abaixo da curva txe • Um material dúctil com a mesma resistência que um não dúctil requererá maior energia para romper, sendo mais tenaz. • O principal emprego do ensaio Charpy na engenharia está na seleção de materiais resistentes a fratura frágil, através das curvas de temperatura de transição dúctil-frágil. • O ensaio Charpy não é indicado para projetos pois não apresentam valores de tensões e tamanho de trincas. • Nos metais a transição ocorre entre 0,1 a 0,2 da T. Fusão, e as cerâmicas entre 0,5 a 0,7. • Quanto menor a temperatura de transição maior a tenacidade Fatores que afetam a temperatura de transição Elementos de liga no aço Mn, C, P, O: ↑ a T. transição Ni: ↓ a T. transição Tamanho de grão ↓ grão ↓ T. transição Envelhecimento por têmpera ↓ a T. transição Envelhecimento por deformação a frio ↓ a T. transição O estudo de como o material fratura é conhecido como mecanismo da fratura, e a resistência do material a fratura é conhecido como tenacidade a fratura. A tenacidade é medida por meio do módulo de tenacidade, que é a quantidade de energia absorvida por unidade de volume no ensaio de tração, até a fratura ou até quando o material resistir sem a ruptura. Importância da tenacidade: projetar peças que devam sofrer tensões estáticas ou dinâmicas acima do limite de escoamento, em presença de trincas, sem se fraturar. Critério de projeto com dano tolerado • Conhecer a mecânica de fratura (linear) dos materiais • Detecção de defeitos nos materiais usando ensaios não destrutivos Tenacidade à fratura K c = Yσ π . a K Ic = Yσ π . a Kic diminui com o aumento da taxa de deformação e com a diminuição da temperatura • Os metais cfc e a maioria dos que possuem estrutura hexagonal compacta , possuem fratura dúctil. • As ligas ccc podem variar quanto ao tipo de fratura (frágil em baixa temperatura e dúctil em alta). Al, Cu, Ni, Ag (12 sist. deslizamento de disc.→cisalh. e desliz. cruzado Fe, Cr, Mo, W, V - (ss) clivagem Cerâmicas Dureza X Tenacidade ↑ Dureza ↓ ductibilidade ↓ tenacidade ↑ Dureza ↑ ductibilidade ↑ tenacidade ↓ Dureza ↑ ductibilidade ↓ tenacidade Os materiais de elevada resistência possuem tenacidade tão baixa que a fratura frágil pode ocorrer para tensões nominais ainda no regime elástico a todas as temperaturas e taxas de deformação, quando existem trincas presentes em sua estrutura.
