Apostila de FLUÊNCIA EM METAIS

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FLUÊNCIA EM METAIS
DEFINIÇÃO
• 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 vezes Temperatura de fusão 
em Kelvin
• Ex: Para o Alumínio, Tf = 660ºC+273K= 933K
• 933K x 0,4 = 373,2K – 273K = 100,2ºC 
• Ou seja, o faixa de temperatura a partir da 
qual o alumínio estará sujeito a fluência inicia 
em 100,2ºC
Aspecto da ruptura por fluência
Redução na tensão máxima admissível em 
projetos pelo efeito da fluência.
Redução na tensão máxima admissível em 
projetos pelo efeito da fluência.
• 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)
Ensaio de fluência 
Ensaio de fluência: curva típica
• Deformação instantânea: Efeito 
do carregamento do corpo de 
prova, do tipo elástica 
• Estágio primário: onde a 
velocidade de fluência é rápida 
ocorre nas primeiras horas. 
Velocidade de def. decrescente -
encruamento 
• Estágio secundário: A taxa de 
fluência é constante. Estágio de 
duração mais longo. Equilíbrio 
entre os processos de 
encruamento e recuperação
• Estágio terciário: Aceleração na 
taxa de fluência, estricção seguido 
de ruptura. 
Efeito da tensão e da temperatura no 
comportamento à fluência
• Quanto maior a 
temperatura e/ou a 
tensão maior a 
deformação final por 
fluência que ocorre 
em menos tempo. 
Menor o tempo de 
vida do componente.
Cavidades nos contornos de grão antes da ruptura por 
fluência que é intergranular
Recuperação e relaxação
• Uma deformação 
plástica relativamente 
apreciável 
permanece
• A quantidade de 
deformação 
permanente depende 
do tempo, da carga 
da temperatura e do 
valor da tensão.
• A relaxação 
corresponde uma 
queda gradual da 
tensão 
originariamente 
produzida pela 
deformação
Medida da velocidade de fluência em estado 
estacionário
Tensão que causa uma deformação de 1% em 
100.000h (ou em 10.000h ou 1000h)
• 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
Fatores que influenciam a resistência à 
fluência - tamanho de grão
• 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.
• Ao lado, fissuras intergranulares 
(ao longo do contorno de grão) 
em tubo de aço inoxidável 304
Fatores que influenciam a resistência à 
fluência – Composição química
• Todos os elementos químicos formadores 
de carbonetos (com o carbono do aço) ou 
precipitados de segunda fase nos 
materiais não ferrosos travam o processo 
de fluência pois dificultam o movimento 
dos contornos de grão.
• Nos aços, o Molibdênio possui um efeito 
maior que os demais elementos (Ti, V, W, 
Nb), quando adicionado entre 0,5 e 1 %. 
Gráfico log. tensão x log. tempo até a ruptura
• 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.
Influência da tensão e da temperatura sobre a 
velocidade de fluência em estado estacionário. 
(estágio secundário de fluência)
Outros efeitos da alta temperatura
• 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 geral frágeis (óxidos, sulfetos etc...) que 
tendem a quebrar e portanto reduzem a seção resistente do 
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 9% (para 
resistir à oxidação) antes de se optar por aços de alta liga, do tipo 
inoxidável.
Oxidação superficial causada pela 
elevada temperatura
Limites de temperatura considerando a oxidação e 
a fluência para um tubo de caldeira