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. 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 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