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Descreva detalhadamente como ocorre o processo de dano por fadiga em um material dúctil. (mecanismo de falhas, fases de evolução, etc.)
No caso dos materiais dúteis, a nucleação de fissuras ocorre pela formação de planos de deslizamento, provenientes da deformação plástica no grão mais desfavoravelmente orientado. Estes começam a surgir já nos primeiros ciclos do carregamento e dão origem a bandas de deslizamento, que ocasionam na superfície da peça reentrâncias na forma de pequenas fendas superficiais (intrusões) e saliências irregulares (estruões). Estas irregularidades formam pontos reentrantes, que geram concentração de tensão e levam à formação de microtrincas, as quais crescem até que atinjem um tamanho tal que passam a se propagar de forma perpendicular às tensões de tração que agem no material. A formação de trincas pode ser dividida em 2 estágios, sendo o tamanho de trinca necessário para a passagem do I para o II dependente do nível de solicitação.
No estágio I de propagação, as tensões cisalhantes são predominantes. A propagação da trinca nesse estágio corresponde ao modo microscópico de propagação, tendo a trinca um comprimento da ordem do tamanho de grão. Já no estágio II de propagação, as tensões de tração controlam o crescimento. Esse estágio corresponde ao modo macroscópico de propagação, sendo caracterizada pela formação de estrias. Dependendo do nível da solicitação de fadiga a trinca pode se imobilizar ao encontro de algum obstáculo um pouco mais resistente, como um contorno de grão (resultando assim uma vida infinita). No entanto tal pode não ocorrer, levando a uma propagação da trinca no modo macroscópico, com uma velocidade de propagação crescente, comprometendo assim de forma irreversível a peça, levando dentro de um pequeno espaço de tempo a uma ruptura final.
Descreva detalhadamente como ocorre o processo de dano por fadiga em um material frágil. (mecanismo de falhas, fases de evolução, etc.)
No caso de materiais frágeis ou duros, a nucleação das trincas inicia-se na interface entre a matriz e as inclusões existentes, já que a matriz não chega a ser deformada plasticamente. Desta forma não surgem bandas de deslizamento na superfície livre, com a nucleação iniciando no interior do material. No regime de baixo número de ciclos para a falha, a nucleação e a propagação da trinca de fadiga ocorrem acompanhadas por um escoamento generalizado na superfície da peça, resultando em geral numa superfície corrugada, pelo elevado grau de deformação plástica. Dependendo do material e do modo como ocorrem os planos de deslizamento, as microtrincas podem ser nucleadas a partir das bandas de deslizamento, ou mesmo a partir dos contornos de grão, quando o corrugamento superficial for excessivo, sendo este processo chamado de nucleação múltipla. Em materiais mais duros, umas poucas trincas surgem de defeitos
microestruturais, bastante comuns na forma de inclusões, formando em geral uma frente única de propagação. Este processo é dito nucleação homogénea. Em qualquer dos processos de nucleação as microtrincas surgem logo no início do carregamento, representando uma pequena parcela da vida de fadiga. No regime a alto número de ciclos para a falha, a deformação elástica é predominante, sendo a nucleação de trincas um fenómeno raro, ocorrendo em zonas localizadas. Porém, a propagação de uma microtrinca é suficiente para provocar a ruptura. Neste regime de fadiga a deformação plástica cíclica não é muito útil para correlacionar com a falha, pois além de ser bastante inferior à deformação elástica (logo difícil de ser medida com precisão), varia de modo aleatório no interior do corpo pelas diferenças locais da microestrutura. Assim, este regime é melhor representado pelas deformações (ou tensões) elásticas cíclicas.
Desenhe os gráficos: tensão alternada versus vida e deformação alternada versus vida para um aço típico e diga quando cada um destes gráficos pode ser utilizado. Justifique cada uma das limitações.
SIG
E 10^-2 10^-3 10^-4
10^3 10^6 10^9
N
10^1 10^2 10^3
N
Quando o material é solicitado ciclicamente dentro da região plástica, como é o caso dos baixos ciclos, as deformações são mais significativas para qualificar as solicitações no material do que as tensões, sendo mais adequado o diagrama ЄxN. O diagrama σaxN é mais apropriado para altos ciclos, devido ao trabalhosos cálculos para baixos ciclos e porque dificilmente este diagrama está disponível para vidas inferiores a 1000 ciclos. Além disso, alguns fatores de correção devem ser inseridos, pois existem diferenças - acabamento superficial, tamanho, confiabilidade, temperatura, geometria e carga - entre o ensaio no corpo de prova e um processo de fadiga numa peça real.
O que é Fadiga?
A fadiga é um processo de redução da capacidade de carga de componentes estruturais pela ruptura lenta do material, através do avanço da trinca a cada ciclo de carregamento. Ela ocorre pela presença de tensões que variam com o tempo, provocando deformações plásticas cíclicas nos pontos mais críticos, as quais levam a uma deterioração do material que dá origem a uma trinca de fadiga que, com o prosseguimento do carregamento variável, vai crescendo até atingir um tamanho suficiente para provocar a ruptura final. O processo de nudeação da trinca de fadiga depende das tensões cisalhantes cíclicas que atuam, enquanto que para a propagação são importantes as tensões de tracão, que fazem com que as pequenas trincas que foram nucleadas venham a crescer e levem à ruptura final. Como os mecanismos que atuam na nucleação e na propagação são distintos, é necessário usar critérios diferentes para avaliar uma falha por fadiga na nucleacão e na fase de propagação.
Como aumentar a vida útil de uma peça?
- Tratamento superficial na região crítica (tempera, etc). Isso aumenta o limíte de escoamento, deslocando para cima o diagrama de Goodman (maior sigma R). - Introdução de tensão residual contrária ao carregamento (sobrecarga inicial), para o caso de tensões predominantes trativas ou compressivas. Isso reduz a tensão média, aumentando a vida da peça. - Diminuição das concentrações de tensão, através das técnicas usadas para tal (aumento de raios de curvatura, introdução de orifícios que desviem as linhas de fluxo da tensão, etc). Porque ensaio cíclico?
Quando o ensaio é cíclico, ele sofre alteração na rede cristalina, criação ou eliminação discordâncias, passa por transiente cíclico, após condição estável laço histerese mantêm constante para o ensaio com controle de carga e controle de deslocamento.
