Falha de materiais dependentes do tempo – mecanica da fratura

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  • Publicado : 7 de novembro de 2012
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Modos de falha dependentes do tempo são aqueles que são provocados devido ao desgaste ou envelhecimento do material, fazendo com q o material venha a perde algumas de suas propriedades. Ex: fadiga, corrosão sobre tensão, fluência.
1. Falha por fadiga
A fratura por fadiga ocorre como resultado de carregamento mecânico puro, ou também em conjunto com fricção de superfícies, ação de ambientesagressivos, ou temperatura elevada.
O processo de degradação progressiva dos materiais pode ser dividido nos seguintes termos:
• Produção de um dano cíclico inicial, na forma de endurecimento ou amolescimento do material;
• Criação de microtrincas;
• Coalescimento destas microtrincas, para formar um defeito inicial fatal;
• Subsequente propagação macroscópica deste defeito;
• Falha finalcatastrófica ou instabilidade.

Em termos de Engenharia, os três primeiros estágios, envolvendo deformação cíclica, iniciação e crescimento de microtrincas, são geralmente classificados conjuntamente como iniciação de uma macrotrinca. Isso implica na formação de um defeito de “tamanho de Engenharia”detectável.

A fratura final pode ter características frágeis ou dúcteis, dependendo do materialenvolvido e das circunstâncias das tensões e do meio.

É importante registrar que o dano de fadiga somente ocorreráquando deformações plásticas cíclicas forem geradas. Mesmo quando as tensões envolvidas estiverem abaixo do limite de escoamento do material, concentração de tensão pode levar o material a experimentar deformação plástica.

Quando a trinca de fadiga atingir dimensões críticas, para atenacidade àfratura do material e tensão aplicada, origina-se o colapso instável do componente por fratura dúctil ou frágil. Normalmente a fase final de fratura apresenta-se com um aspecto mais rugoso e irregular, que o distingue da fratura por fadiga.

A magnitude da fratura e o modo de aplicação da carga cíclica, assim como o número de possíveis locais para iniciação de trinca, influencia amorfologia da fratura e a sua orientação, sendo que, uma análise pós fratura pode ajudar a determinar o tipo de solicitação em jogo, quando este não é conhecido.

Qualquer carga que varie no tempo pode, potencialmente, provocar uma falha devido a fadiga. O comportamento desse tipo de carga varia substancialmente de uma aplicação a outra. Em máquinas rotativas, as cargas tendem a ser consistentes naamplitude ao longo do tempo e repetem-se cm alguma freqüência.

Em equipamentos de serviço (veículos de todos os tipos), as cargas tendem a variar completamente a sua amplitude e freqüência no transcorrer do tempo, podendo até mesmo assumir uma natureza aleatória.

A forma da onda da carga em função do tempo parece não ter nenhum efeito significativo na falha por fadiga na ausência de corrosão.Assim, geralmente descreve-se a função, esquematicamente, como uma onda senoidal ou em forma de dente de serra.

Além disso, a presença ou ausência de períodos de inatividade no histórico da carga não étão significativa em um ambiente não –corrosivo (a corrosão iráprovocar um crescimento contínuo da trinca mesmo na ausência de qualquer flutuações na carga).

A forma da onda tensão –tempo oudeformação –tempo teráa mesma aparência geral e freqüência que a onda carga –tempo. Os fatores significativos são a amplitude e o valor médio da onda de tensão –tempo (ou deformação –tempo) e o número total de ciclos de tensão / deformação a que a peça é submetida.


2. Corrosão sob tensão (CST)

O envolvimento de três disciplinas, metalurgia, mecânica e química não conseguiu ainda elucidar,mesmo que qualitativamente, o mecanismo exato da corrosão sob tensão (CST). Suspeita-se que todos os tipos de corrosão, sejam elas por empolamento pelo hidrogênio, metal líquido e CST têm em comum 12 características, citados a seguir, como fortes elementos causadores de falhas : (1.) Mesmo em materiais dúcteis, todos os três processos, empolamento por hidrogênio, metal líquido e CST, podem...
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