Apresentação do PowerPoint

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.