Fratura O processo de fratura é normalmente súbito e catastrófico, podendo gerar grandes acidentes. Envolve duas etapas: formação de trinca e propagação.

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1 Fratura O processo de fratura é normalmente súbito e catastrófico, podendo gerar grandes acidentes. Envolve duas etapas: formação de trinca e propagação. Pode assumir dois modos: dúctil e frágil.

2 Fratura dúctil e frágil
o material se deforma substancialmente antes de fraturar. O processo se desenvolve de forma relativamente lenta à medida que a trinca propaga. Este tipo de trinca é denomidado estável porque para ela de se propagar a menos que haja uma aumento da tensão aplicada no material.

3 Fratura dúctil e frágil (cont.)
Fratura frágil O material se deforma pouco, antes de fraturar. O processo de propagação de trinca pode ser muito veloz, gerando situações catastróficas. A partir de um certo ponto, a trinca é dita instável porque se propagará mesmo sem aumento da tensão aplicada sobre o material.

4 Transição dúctil-frágil
A ductilidade dos materiais é função da temperatura e da presença de impurezas. Materiais dúcteis se tornam frágeis a temperaturas mais baixas. Isto pode gerar situações desastrosas caso a temperatura de teste do material não corresponda a temperatura efetiva de trabalho. Ex: Os navios tipo Liberty, da época da 2ª Guerra, que literalmente quebraram ao meio. Eles eram fabricados de aço com baixa concentração de carbono, que se tornou frágil em contato com as águas frias do mar.

5 Transição dúctil-frágil (cont.)
Energia de Impacto (J) Temperatura (ºC) Temperatura (ºC) Aços com diferentes concentrações de carbono Aços com diferentes concentrações de manganês

6 Teste de impacto (Charpy)
Um martelo cai como um pêndulo e bate na amostra, que fratura. A energia necessária para fraturar, a energia de impacto, é obtida diretamente da diferença entre altura final e altura inicial do martelo. Martelo Posição inicial Amostra final h h’

7 Fadiga Fadiga é um tipo de falha que ocorre em materiais sujeitos à tensão que varia no tempo. A falha pode ocorrer a níveis de tensão substancialmente mais baixos do que o limite de resistência do material. É responsável por  90% de todas as falhas de metais, afetando também polímeros e cerâmicas. Ocorre subitamente e sem aviso prévio. A falha por fadiga é do tipo frágil, com muito pouca deformação plástica.

8 Teste de fadiga Limite de resitência fratura Tensão Tempo motor junta
flexível contador amostra carga carga

9 A curva S-N A curva Tensao-Ciclagem (Stress-Number of cycles) é um gráfico que relaciona o número de ciclos até a fratura com a tensão aplicada. Quanto menor a tensão, maior é o número de ciclos que o material tolera. Ligas ferrosas normalmente possuem um limite de fadiga. Para tensões abaixo deste valor o material não apresenta fadiga. Tensão,S (MPa) Ligas não ferrosas não possuem um limite de fadiga. A fadiga sempre ocorre mesmo para tensões baixas e grande número de ciclos. S1 Vida de fadiga a uma tensão S1 Limite de fadiga (35 a 60%) do limite de resistência (T.S.) Número de ciclos até a fratura, N

10 Fatores que afetam a vida de fadiga
Nível médio de tensão Quanto maior o valor médio da tensão, menor é a vida. Efeitos de superfície A maior parte das trincas que iniciam o processo de falha se origina na superfície do material. Isto implica que as condições da superfície afetam fortemente a vida de fadiga. Projeto da superfície: evitando cantos vivos. Tratamento da superfície: Eliminar arranhões ou marcas através de polimento. Tratar a superfície para gerar camadas mais duras (carbonetação) e que geram tensões compressivas que compensam parcialmente a tensão externa.

11 Fluência Fluência é a deformação plástica que ocorre em materiais sujeitos a tensões constantes, a temperaturas elevadas. Turbinas de jatos, geradores a vapor. É muitas vezes o fator limitante na vida útil da peça. Se torna importante, para metais a temperaturas de 0,4Tf Forno Carga constante

12 Curva de fluência  Terciária vida de ruptura Secundária Primária
Tempo Primária Terciária Secundária Deformação instantânea (elástica) Na região primária o material encrua, tornando-se mais rígido, e a taxa de crescimento da deformação com o tempo diminui. Na região secundária a taxa de crescimento é constante (estado estacionário), devido a uma competição entre encruamento e recuperação. Na região terciária ocorre uma aceleração da deformação causada por mudanças microestruturais tais como rompimento das fronteiras de grão. vida de ruptura

13 Influência da temperatura e tensão
As curvas de fluência variam em função da temperatura de trabalho e da tensão aplicada. A taxa de estado estacionário aumenta  Tempo Temperatura aumentando Tensão aumentando

14 Influência da tensão Relação entre  e taxa de fluência estacionária
onde K1 e n são constantes do material Tensão (MPa) Tensão (MPa) Taxa de fluência estacionária (%/1000 h)

15 Influência da temperatura
Relação entre  e a taxa de fluência estacionária onde K2 e n são constantes do material Qc é a energia de ativação para fluência Taxa de fluência estacionária (%/1000 h)