Fluência - Bizuando
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Fluência Fluência é a deformação permanente que ocorre em um material em função do tempo, quando o mesmo está sujeito a cargas (ou tensões) constantes em temperaturas elevadas (T > 0,4TM). # carga (ou tensão) constante # temperatura constante # deformação plotada em função do tempo (geralmente 1000h=42 dias ou vida útil esperada do material) Estágios da fluência 1. Deformação instantânea, principalmente elástica 2. Fluência primária: ocorre alongamento, mas a velocidade de fluência decresce com o tempo – endurecimento por deformação 3. Fluência secundária: taxa de deformação é constante – endurecimento + recuperação 4. Fluência terciária: grande taxa de deformação até a fratura devido formação de trincas, separação de contorno de grão, pescoço, etc. Geralmente o teste de fluência é interrompido antes de chegar no estágio III. Estágios da fluência 1. Deformação instantânea, principalmente elástica 2. Fluência primária: ocorre alongamento, mas a velocidade de fluência decresce com o tempo – endurecimento por deformação 3. Fluência secundária: taxa de deformação é constante – endurecimento + recuperação 4. Fluência terciária: grande taxa de deformação até a fratura devido formação de trincas, separação de contorno de grão, pescoço, etc. Geralmente o teste de fluência é interrompido antes de chegar no estágio III. Parâmetros da fluência O estágio secundário da fluência é o mais longo e importante. A taxa de fluência no estado estacionário para aplicações em vida longa é: A inclinação da curva = velocidade de fluência Outro parâmetro importante na situação de fluência em vida curta é o tempo de ruptura tf. Efeitos da tensão e temperatura Com o aumento temperatura: da tensão ou • A deformação instantânea aumenta • A taxa de fluência no estado estacionário aumenta • O tempo de ruptura decresce Efeitos da tensão e temperatura Efeitos da tensão e temperatura Efeitos da tensão e temperatura Ni5.5Al8.5Cr0.7Mo3Ta1Ti10W (wt.%) 1000 ºC sob ar ε/t logε/t Efeitos da tensão e temperatura A dependência da tensão/temperatura na taxa de fluência no estado estacionário´pode ser descrito por: Qc ⎞ ⎛ ε& S = K2 .σ .exp⎜ − ⎟ ⎝ RT ⎠ n K2 n Qc R T constante inclinação da curva energia de ativação para fluência constante universal dos gases temperatura absoluta Critérios para tempo de vida em fluência * para temperaturas e/ou tensões elevadas: tr => tempo de ruptura por fluência. Ni-C * para componentes com vida mais longa: ε& S => taxa de fluência no estágio estacionário. Ni-C Mecanismos de fluência Diferentes mecanismos são responsáveis pela fluência em diferentes materiais e sob diferentes cargas e condições de temperaturas: • Movimento das discordâncias • Escalagem das discordâncias • Deslizamento no contorno de grão • Formação de subgrãos devido a ascensão de discordâncias • Difusão por contorno de grão • Difusão de lacunas Difusão Deslizamento e escalagem de discordâncias Exemplo: Os aços austeníticos possuem maior energia de difusão de lacunas que os aços ferriticos, sendo portanto um dos fatores que os torna mais resistentes a fluência que os aços ferriticos. Um refino de grão pode ser prejudicial a resistência a fluência, o inverso observado para a resistência a temperatura ambiente. Mecanismos de fluência σ0 ≅ G 20 Tensão de cisalhamento teórica Mecanismos de fluência Mecanismo de deslizamento de discordâncias ε& S = ε& 0 exp ⎛⎜ − ⎝ S=Gb/l k T a b S −σ ⎞ ⎟ . ba kT ⎠ tensão de escoamento no zero absoluto constante de Boltzman temperatura absoluta área de ativação vetor de Burger Mecanismos envolvendo difusão Mecanismo por escalagem de discordâncias Gb ⎛ σ ⎞ ε& S = KDV ⎜ ⎟ kT ⎝ G ⎠ n Mecanismo de transporte de matéria por difusão Coble Nabarro-Herring ε& S , C = K C δ D Bσ Ω d 3 kT ε& S , NH = K NH DV σ Ω d 2 kT Kíndice constantes DV coeficiente de difusão no volume dos grãos DB coeficiente de difusão nos contornos de grão G módulo de cisalhamento b vetor de Burger δ Ω espessura do contorno de grão d volume atômico tamanho de grão k constante de Boltzman T temperatura absoluta Extrapolação de dados * Parâmetro de Larson-Miller (LMP) LM P = T ( C + log t r ) e L M P = K 1 log σ + K 2 C, K1, K2 constantes (C ~ 20) T temperatura absoluta tr tempo de ruptura por fluência σ tensão aplicada L M P = K 1 log σ + K 2 LM P = T ( C + log t r ) Extrapolação de dados Aplicações de ligas em altas temperaturas (Turbina-jatos, aviões hipersônicos, reatores nucleares, etc) A fluência é geralmente minimizada em materiais com: • Alto ponto de fusão • Alto módulo elástico • Grande tamanho de grãos (inibe o deslizamento pelos contornos de grãos - solidificação unidirecional, pecas monocristalinas) Os materiais resistentes a fluência são: • Aços inoxidáveis • Metais refratários (contendo elementos de alto ponto de fusão como Nb, Mo, W, Ta) • Superligas (a base de Co, Ni – geram endurecimento por solução sólida e fase secundária, que diminui difusividade e mobilidade das discordâncias) Técnicas de ensaio de fluência Temperatura de ensaio: Técnicas de ensaio de fluência Corpo de prova: seção circular ou retangular (semelhante ao CP´s do ensaio de tração) Aquecimento do corpo de prova: Uniforme até atingir a temperatura de ensaio. Pode ser feito por resistência elétrica, radiação ou indução. Extensômetros: Apenas os braços de fixação devem ficar dentro da região aquecida.
