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FLUÊNCIA EM METAIS. DEFINIÇÃO É o fenômeno de deformação lenta, sob ação de uma carga constante aplicada durante longo período de tempo a uma temperatura.

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1 FLUÊNCIA EM METAIS

2 DEFINIÇÃO É o fenômeno de deformação lenta, sob ação de uma carga constante aplicada durante longo período de tempo a uma temperatura superior a 0,4 vezes Temperatura de fusão em Kelvin Ex: Para o Alumínio, Tf = 660ºC+273K= 933K 933K x 0,4 = 373,2K – 273K = 100,2ºC Ou seja, o faixa de temperatura a partir da qual o alumínio estará sujeito a fluência inicia em 100,2ºC

3 Aspecto da ruptura por fluência

4 Redução na tensão máxima admissível em projetos pelo efeito da fluência.

5 Tdf:Tensão que causa uma deformação por fluência de 1% após horas na temperatura considerada Trf: Tensão que causa a ruptura do material por fluência após horas na temperatura considerada LR: Tensão de ruptura na temperatura considerada ou na temperatura ambiente (o que for menor) LE: Tensão de escoamento na temperatura considerada ou na temperatura ambiente (o que for menor)

6 Ensaio de fluência

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9 Ensaio de fluência: curva típica Deformação instantânea: Efeito do carregamento do corpo de prova, do tipo elástica Estágio primário: onde a velocidade de fluência é rápida ocorre nas primeiras horas. Velocidade de def. decrescente - encruamento Estágio secundário: A taxa de fluência é constante. Estágio de duração mais longo. Equilíbrio entre os processos de encruamento e recuperação Estágio terciário: Aceleração na taxa de fluência, estricção seguido de ruptura.

10 Efeito da tensão e da temperatura no comportamento à fluência Quanto maior a temperatura e/ou a tensão maior a deformação final por fluência que ocorre em menos tempo. Menor o tempo de vida do componente.

11 Cavidades nos contornos de grão antes da ruptura por fluência

12 Recuperação e relaxação Uma deformação plástica relativamente apreciável permanece A quantidade de deformação permanente depende do tempo, da carga da temperatura e do valor da tensão. A relaxação corresponde uma queda gradual da tensão originariamente produzida pela deformação

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14 Medida da velocidade de fluência em estado estacionário

15 Tensão que causa uma deformação de 1% em h (ou em h ou 1000h) Em geral a fluência que ocorre no estágio primário é rápida (algumas horas) e seu valor fica próximo a 1%. Essa deformação para a grande maioria das aplicações é considerada desprezível Utilizando os resultados dos ensaios típicos de fluência pode-se construir um gráfico tensão x temperatura para os materiais, onde se determina a tensão que causa uma deformação aceitável de 1% em um determinado intervalo de tempo (1000h h ou h), dependendo do tipo de componente, para determinada temperatura

16 Fatores que influenciam a resistência à fluência - tamanho de grão Baixas temperaturas: Os contornos de grão freiam o movimento das discordâncias: Em geral grão pequeno melhor. Altas temperaturas: Os mecanismos do processo de fluência se desenvolvem nos contornos de grão, movimentos de vazios e de discordâncias: Em geral grão grande melhor. No exemplo ao lado, o caso b (fundição unidirecional) apresenta tempo de ruptura 2,5X maior que o caso a (fundição convencional), e 9X maior para lâminas monocristalinas. Ao lado, fissuras intergranulares (ao longo do contorno de grão) em tubo de aço inoxidável 304

17 Fatores que influenciam a resistência à fluência – Composição química Todos os elementos químicos formadores de carbonetos (com o carbono do aço) ou precipitados de segunda fase nos materiais não ferrosos travam o processo de fluência pois dificultam o movimento dos contornos de grão. Nos aços, o Molibdênio possui um efeito maior que os demais elementos (Ti, V, W, Nb), quando adicionado entre 0,5 e 1 %.

18 Gráfico log. tensão x log. tempo até a ruptura Como os ensaios de fluência tendem a ser muito longos, a relação da tensão aplicada e o tempo até a ruptura quando graficados em escala logarítmica tendem a ser retas. Realiza-se ensaios em tensões altas cuja duração do ensaio tende a ser pequena e se extrapola as retas para valores de tempo maiores.

19 Influência da tensão e da temperatura sobre a velocidade de fluência em estado estacionário. (estágio secundário de fluência)

20 Outros efeitos da alta temperatura Outro efeito degradante que atua sobre os materiais quando expostos à alta temperatura, além da fluência, é a oxidação superficial. A reação química do material da superfície com o meio forma compostos cerâmicos em geral frágeis (óxidos, sulfetos etc...) que tendem a quebrar e portanto reduzem a seção resistente do componente. Em aços se adiciona cromo em teores crescentes para aumentar a resistência desses materiais à oxidação em temperaturas crescentes. Desta forma aços para trabalho a alta temperatura em geral contém Mo de 0,5% até 1 % (resistir à fluência) e Cr de 1,5% até 9% (para resistir à oxidação) antes de se optar por aços de alta liga, do tipo inoxidável.

21 Oxidação superficial causada pela elevada temperatura

22 Limites de temperatura considerando a oxidação e a fluência para um tubo de caldeira

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