Fadiga do metais

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1. INTRODUÇÃO
Segundo diversos autores, dentre as distintas causas de falha de componentes mecânicos, a mais comum é devida à fadiga do material. Do número total de falhas, as provocadas por fadiga perfazem de 50% a 90%, sendo na maioria das vezes falhas que ocorrem de forma inesperada, repentinamente, portanto bastante perigosas. A fadiga é uma redução gradual da capacidade de carga docomponente, pela ruptura lenta do material, conseqüência do avanço quase infinitesimal das fissuras que se formam no seu interior. Este crescimento ocorre para cada flutuação do estado de tensões. As cargas variáveis, sejam cíclicas ou não, fazem com que, ao menos em alguns pontos, tenhamos deformações plásticas também variáveis com o tempo. Estas deformações levam o material a uma deterioraçãoprogressiva, dando origem à trinca, a qual cresce até atingir um tamanho crítico, suficiente para a ruptura final, em geral brusca, apresentando características macroscópicas de uma fratura frágil.
Cargas VariáveisCargas VariáveisDeformações PlásticasDeformações Plásticas
TRINCATRINCADeterioração Deterioração do MaterialMaterial
1.1 Histórico
A palavra “fadiga” é originada do latim “fatigare” esignifica “cansaço”. A definição de fadiga foi encontrada no relatório intitulado por “General Principles for Fatigue Testing of Metals”, publicado em 1964 pela Organização Internacional para Normalização, em Gênova. Neste relatório, fadiga é definida como um termo que se aplica às mudanças nas propriedades que podem ocorrer em um material metálico devido à aplicação repetida de forças (ou tensões),embora geralmente este termo se
FISSURA
Ruptura Final
2
aplique especialmente para aquelas mudanças que conduzem à rachadura ou falha. Esta descrição também é válida para a fadiga dos materiais não-metálicos.
Desde a metade do século XIX, uma classificação de cientistas e engenheiros tem feito pioneiras contribuições para entender a fadiga numa ampla variedade de materiais metálicos enão-metálicos, frágeis e dúcteis, monolíticos e compostos, e naturais e sintéticos.
O interesse em estudar a fadiga começou a expandir com o aumento do uso do aço em estruturas, particularmente pontes em sistemas ferroviários. A primeira pesquisa detalhada do esforço da fadiga nos metais foi iniciada em 1842 com um acidente ferroviário perto de Versailles na França que resultou em muitas mortes. A causa desteacidente foi traçada por uma falha de fadiga originada no eixo frontal da locomotiva. Em 1843, W. J. M. Rankine, um engenheiro ferroviário britânico que ficou famoso pela sua contribuição na engenharia mecânica, reconheceu características de ruptura por fadiga e notou o perigo das concentrações das tensões nos componentes das máquinas. O Instituto dos Engenheiros Mecânicos na Inglaterra começou aexplorar a tão falada “Teoria de Cristalização” da fadiga. Esta foi pressuposta que o enfraquecimento dos principais materiais da falha por fadiga era causado pela cristalização da microestrutura subjacente (fundamental). Em 1849, o governo britânico convocou E. A. Hodgkinson para estudar a fadiga dos ferros fundidos usados nas pontes ferroviárias. O comunicado desta comissão (Hodgkinson, 1849)descreve experimentos de curvatura alternada na longarina cujo ponto central era inclinado pela repetição de carga de roda. Neste período, pesquisas sobre fratura por fadiga foram documentadas num trabalho de Braithwaite (1854) que empregou o termo fadiga exclusivamente para denotar o fendilhamento de metais sob repetição de carga.
Um pesquisador chamado Wohler conduziu investigações sistemáticasda falha por fadiga durante o período de 1852 a 1869 em Berlim, onde ele estabeleceu uma estação de ensaio (ou experimento). Ele observou que a força no eixo da ferrovia de aço sujeita a cargas cíclicas era menos perceptível (visível) que as forças estáticas. Os estudos de Wohler envolviam cargas axiais de flexão e de torção compreendendo testes de fadiga nos eixos das ferrovias em escala real...
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