Falhas por Fluencia

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18/03/2013
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FALHAS POR FLUÊNCIA
� É o fenômeno de deformação lenta, sob ação de
uma carga constante aplicada durante longo
período de tempo a uma temperatura superior
a 0,4 vezesTemperatura de fusão em Kelvin.
� Tdf:Tensão que causa 
uma deformação por 
fluência de 1% após 
100.000 horas na 
temperatura 
considerada
� Trf: Tensão que causa 
a ruptura do material 
por fluência após 
100.000 horas na 
temperatura 
considerada
� LR: Tensão de ruptura 
na temperatura 
considerada ou na 
temperatura ambiente 
(o que for menor)
� LE: Tensão de 
escoamento na 
temperatura 
considerada ou na 
temperatura ambiente 
(o que for menor)
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� A fluência é definida quando ocorrem deformações
permanentes em condições de elevada temperatura sob
tensões mecânicas por tempos longos de solicitação;
� Como exemplos têm-se os rotores de turbinas a jato e
componentes de geradores a vapor;
� A fluência não pode ser confundida com o escoamento
plástico proposital causado nos processos de conformação
a quente nos quais os níveis de tensão são mais elevados;
� Todos os materiais sofrem fluência. Nas ligas metálicas a
fluência ocorre para temperaturas de trabalho acima de 40%
de suas temperaturas de fusão;
Polímeros amorfos como plásticos e borrachas são os materiais mais sensíveis à fluência;
Trincas causadas por fluência num 
fole utilizado em indústria química
Falha por fluência num componente 
utilizado em indústria mecânica
Trincas de fluência num tubo de 
aço inoxidável 304 
� As ligas metálicas apresentam uma curva característica de 
fluência (deformação x tempo) composta por três regiões:
P – Primária ou transiente
S – secundária ou regime-permanente
T – terciária ou final
I – deformação instantânea
tempo
P
S
T
I
ε
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� A morfologia dos grãos cristalinos também influencia a
resistência à fluência das ligas metálicas;
� Os contornos de grãos são sítios preferenciais para diversos
fenômenos metalúrgicos, como a precipitação de partículas, a
nucleação de grãos recristalizados e a nucleação de trincas;
� A figura a seguir mostra como a resistência à fluência pode ser
aumentada pelo controle da microestrutura bruta de
solidificação, partindo-se de grãos equiaxiais com vários pontos
triplos nos contornos de grãos, passando-se por uma estrutura
solidificada unidirecionalmente com menor número de contornos
e pontos triplos até a situação ideal de um componente
monocristalino, ou seja, sem contornos de grão;
Influência da microestrutura na resistência à fluência
Aumento da resistência à fluência
Monocristal
Grãos 
equiaxiais Grãos colunares
� Como a temperatura e a tensão permanecem praticamente
constantes, a fluência deve ocorrer devido à alterações
microestruturais ao longo do tempo de utilização do
componente;
� Essas alterações são causadas por processos como o
deslizamento transgranular, a formação de sub-grãos, o
deslizamento dos contornos de grãos, a dissolução de partículas
duras, a formação de partículas dúteis e a nucleação de grãos
recristalizados e de trincas em pontos triplos;
� Na figura a seguir observam-se as modificações da
microestrutura de um aço inoxidável submetido a elevadas
temperaturas e baixas tensões por tempos longos;
� Nas micrografias dos corpos fraturados observa-se a influência
da temperatura e da tensão no tempo de fratura (tf) e o aumento
de grão em função do tempo de ensaio; Alterações microestruturais de um aço inoxidável causadas por fluência
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� Várias ligas metálicas foram desenvolvidas para apresentar uma
elevada resistência à fluência;
� As características metalúrgicas normalmente associadas à ligas
metálicas com alta resistência à fluência são um elevado ponto
de fusão, alto módulo de elasticidade, e tamanho de grão
grosseiro.
� Alguns dos materiais metálicos resistentes à fluência são os
aços inoxidáveis, os metais refratários e as super-ligas à base de
níquel ou cobalto.
� Nesses materiais, a resistência à fluência se dá tanto pelo efeito
da solução sólida, como pela presença de uma segunda fase
dispersa na matriz que é insolúvel nas temperaturas empregadas,
que evita a ocorrência dos processos metalúrgicos causadores
da fluência. Microestrutura do aço inoxidável austenítico NF709 (25Cr20Ni) com elevada resistência à fluência
� A próxima figura apresenta as alterações microestruturais
ocorridas no ensaio de fluência da super-liga à base de níquel.
� A foto (a) apresenta o material em sua condição inicial com uma
microestrutura dos precipitados semelhante a um “tecido”.
� O corpo-de-prova rompeu após 400 horas ao ser submetido a
uma tensão de 137 MPa numa temperatura de 1080 ºC.
� A foto (b) representa uma seção a 4 mm da seção fraturada e a
foto (c) uma seção a 1 mm dessa seção.
� A forma da microestrutura em “tecido” ajuda a manter a taxa de
fluência baixa durante a região secundária.
� Na fase terciária, essa estrutura se degenera, como se observa
nas fotos (b) e (c), levando o componente à fratura.
Modificações microestruturais da super-liga TMS-17, Ni-6Cr-10W-5Al-11Ta 
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Falha de vedação num 
componente automotivo por 
fluência do anel de 
borracha
� Em geral a fluência que
ocorre no estágio primário é
rápida (algumas horas) e
seu valor fica próximo a 1%.
Essa deformação para a
grande maioria das
aplicações é considerada
desprezível
� Utilizando os resultados
dos ensaios típicos de
fluência pode-se construir
um gráfico tensão x
temperatura para os
materiais, onde se
determina a tensão que
causa uma deformação
aceitável de 1% em um
determinado intervalo de
tempo (1000h 10.000h ou
100.000h), dependendo do
tipo de componente, para
determinada temperatura
� Baixas temperaturas: Os
contornos de grão freiam o
movimento das discordâncias:
Em geral grão pequeno melhor.
� Altas temperaturas: Os
mecanismos do processo de
fluência se desenvolvem nos
contornos de grão, movimentos
de vazios e de discordâncias:
Em geral grão grande melhor.
� No exemplo ao lado, o caso “b”
(fundição unidirecional)
apresenta tempo de ruptura
2,5X maior que o caso “a”
(fundição convencional), e 9X
maior para lâminas
monocristalinas.
� Como os ensaios
de fluência tendem
a ser muito longos,
a relação da tensão
aplicada e o tempo
até a ruptura
quando
“graficados” em
escala logarítmica
tendem a ser retas.
Realiza-se ensaios
em tensões altas
cuja duração do
ensaio tende a ser
pequena e se
extrapola as retas
para valores de
tempo maiores.
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� Outro efeito degradante que atua sobre os
materiais quando expostos à alta temperatura,
além da fluência, é a oxidação superficial.
� A reação química do material da superfície com o
meio forma compostos cerâmicos em geralfrágeis (óxidos, sulfetos etc...) que tendem aquebrar e portanto reduzem a seção resistentedo componente.
� Em aços se adiciona cromo em teores
crescentes para aumentar a resistência desses
materiais à oxidação em temperaturas
crescentes.
� Desta forma aços para trabalho a alta
temperatura em geral contém Mo de 0,5% até 1 %(resistir à fluência) e Cr de 1,5% até 7% (para
resistir à oxidação) antes de se optar por aços de
alta liga, do tipo inoxidável.
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