FADIGA DE MATERIAIS METÁLICOS E POLIMÉRICOS

FADIGA DOS MATERIAIS
METÁLICOS
COT – 741: Princípios de Deformação Plástica
Prof: Paulo Emílio Valadão de Miranda
Monitor: Guilherme Farias Miscow
O Que é FADIGA
Fadiga é a deformação plástica progressiva que leva ao
acúmulo de danos que podem iniciar uma ou mais
trincas no material, podendo levar o mesmo à fratura;
É uma condição mecânica do material na qual o mesmo
está sujeito à tensões cíclicas;
É a causa principal de ruptura em peças ou partes
mecânicas em serviço, sendo responsável por cerca de
90% das mesmas;
É um tipo de fratura que ocorre sem evidências
macroscópicas de que o material irá romper;
É um fenômeno essencialmente de superfície, onde a
fratura ocorre para tensões nominais abaixo do limite de
escoamento.
Requisitos Para Que Ocorra Fadiga
Componente trativa

Necessário para que a trinca cresça
Tensões cíclicas

Necessária para que o dano seja cumulativo
Número de ciclos

Grande o suficiente para que haja ruptura
Vida em Fadiga
Iniciação da trinca – desenvolvimento
prematuro de dano por fadiga, podendo
ser removido por recozimento adequado;
Crescimento de bandas de deslizamento –
aprofundamento da trinca inicial em
planos de alta tensão cisalhante. É
frequentemente chamado de estágio I de
crescimento de trinca;
Vida em Fadiga
Crescimento da trinca em planos de alta tensão
trativa – envolve o coalescimento de trincas
gerando uma ou mais trincas principais com
direção bem definida, normal à direção principal
de carregamento, normalmente chamado de
estágio II de crescimento de trinca;
Ruptura final estática por sobretensão – ocorre
por falta de seção resistente, quando a trinca
atinge determinado tamanho a fratura se dá por
tensão plana cisalhante.
Concentração de Tensão
Na presença de concentradores de tensão, a
tensão externa aplicada tem seu valor ampliado
localmente;
Nesses locais, o campo de tensões pode ser
alto o suficiente para que o material se deforme
plasticamente.
Nucleação e Crescimento
de Bandas de Deslizamento
Ao longo dos ciclos cresce o número e a densidade de bandas e a
deformação plástica acumulada em cada uma delas;
Nos locais de deformação plástica mais severa as bandas de deslizamento
recebem a denominação de bandas de deslizamento persistentes.
   cos  cos 
Fator de Schmid. A tensão cisalhante é resolvida no sistema de deslizamento.
Bandas de Deslizamento
Essa deformação plástica
é
extermamente
localizada e se manifesta
na forma de bandas de
deslizamento;
A
concentração
de
tensão cresce com o
aumento do número de
bandas de deslizamento
fazendo com que o
material acumule cada
vez mais deformação
plástica, surgindo novas
bandas de deslizamento.
Bandas de Deslizamento
Bandas de Deslizamento
Bandas de Deslizamento
e
d
a
b
c
Intrusões e Extrusões
Um conjunto de bandas formam intrusões e
extrusões na superfície do material.
Bandas de Deslizamento Persistentes
Iniciação de Trincas (estágio I)
Em orientações cristalinas
com fator de schmid elevado,
a deformação plástica é mais
severa, sendo as bandas de
deslizamento desses grãos
chamadas de bandas de
deslizamento persistentes;
Nas bandas de deslizamento
persistentes a concentração
de tensões é mais intensa;
Quando o material não é mais
capaz
de
acumular
deformação
plástica
nas
bandas
de
deslizamento
persistentes uma ou mais
trincas são nucleadas.
Propagação de Trincas (estágio II)
Com o crescente número de ciclos a(s) trinca(s)
se propagam de maneira dúctil crescendo
enquanto na componente trativa, e fechando a
ponta da trinca na componente compressiva
Marcas de Praia
A propagação da
trinca forma relevos
característicos
da
fadiga, são chamados
de marcas de praia
(macroscópicas)
e
estrias
de
fadiga
(microscópicas)
Estrias de Fadiga
Ruptura Final Estática
Ao
atingir
um
determinado tamanho
a seção resistente
remanescente
do
material não suporta
mais
a
tensão
aplicada. O material
sofre então ruptura
final
estática
por
sobretensão
Fatores que Afetam a Vida em Fadiga
Temperatura;
Deslizamento;
Deslizamento Cruzado;
Microestrutura;
Design das Peças.
Efeitos da Superfície
Superfícies livres de entalhes, arranhões e
outros concentradores de tensão estão
menos sujeitas à fadiga;
Melhorias nas propriedades tribológicas
do material ampliam a vida em fadiga;
Tensões
residuais
compressivas
aumentam a vida em fadiga.
Efeitos da Temperatura
Em altas temperaturas a vida em fadiga é
menor, além de competir com o
mecanismo de fratura por fluência para
temperaturas homólogas > 0.5;
Em baixas temperaturas a vida em fadiga
é a maior, devido inclusive à baixa taxa de
movimentação de lacunas, entretanto
observa-se fadiga em temperaturas de 4K.
Efeitos do Deslizamento
Se o deslizamento for concentrado em
determinados locais ao longo do volume
do material a vida em fadiga é
comprometida;
Caso o deslizamento ocorra de forma
homogênea em todo o material a vida em
fadiga é superior.
Efeitos do Deslizamento Cruzado
Materiais com alta energia de falha de
empilhamento produzem mais deslizamento
cruzado, promovendo a formação de bandas de
deslizamento;
Se o deslizamento cruzado é reduzido, como
nos materiais com baixa energia de falha de
empilhamento, a concentração de deformação
plástica é inibida, suprimindo o dano por fadiga;
Na prática, o controle sobre a energia de falha
de empilhamento do material é limitado.
Efeitos da Microestrutura
Microestruturas com resistência mecânica
superiores são preferíveis;
Estruturas martensíticas revenidas são
largamente utilizadas;
Um decrécimo na temperatura de
revenimento promove maior vida em
fadiga.
Efeitos do Design das Peças
É o fator mais importante;
A ausência de cantos vivos, entalhes e
arranhões garantem um bom design;
Um design comprometedor anula os
ganhos com o controle sobre os fatores
metalúrgicos.
Representação da Vida em Fadiga
1000
900
800
700
a (MPa)
600
500
400
300
200
100
0
4
10
5
10
6
10
Número de Ciclos
7
10