Apostila de Falha - UDESC - Prof. Júlio G. Milan
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Apostila de Falha - UDESC - Prof. Júlio G. Milan


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UNIVERSIDADE DO ESTADO DE SANTA CATARINA 
CENTRO DE CIÊNCIAS TECNOLÓGICAS 
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA MECÂNICA 
 
 
 
 
FALHA 
 
 
 
CMA \u2013 CIÊNCIA DOS MATERIAIS 
2º Semestre de 2014 
 
 
 
Prof. Júlio César Giubilei Milan 
FADIGA 
 
É uma forma de falha que ocorre em estruturas que estão 
sujeitas a tensões dinâmicas e oscilantes. 
\u2022 Falha a um nível de tensão inferior ao limite de 
resistência a tração ou ao limite de escoamento para 
carga estática. 
\u2022 Ocorre normalmente após longo período de tensão 
repetitiva ou ciclo de deformação. 
\u2022 Maior causa individual de falha em metais (\uf040 90 %). 
\u2022 Polímeros e cerâmicos também estão sujeitos. 
\u2022 Ocorre repentinamente e sem avisos. 
FALHA - FADIGA 
FADIGA 
 
É de natureza frágil, pouco ou nenhuma deformação 
plástica. 
 
\u201co processo ocorre pela iniciação e propagação de trincas, 
em geral a superfície da fratura é perpendicular à direção 
de uma tensão de tração aplicada\u201d. 
 
FALHA - FADIGA 
A falha por fadiga ocorre normalmente em três estágios: 
\u2022 Uma pequena trinca surge na superfície após um 
longo período de aplicação de carga; 
\u2022 Descontinuidades superficiais como entalhes, poros, cantos 
vivos (projeto), contornos de grãos, regiões com elevada 
densidade de discordância; 
\u2022 Trinca se propaga um pouco a cada ciclo de carregamento; 
\u2022 Fratura súbita do material, quando a seção é muito 
reduzida para suportar a carga aplicada. 
 
Para que a fadiga ocorra, pelo menos parte do ciclo deve ser de 
tração 
 
FALHA - FADIGA 
Fácil identificação 
\u2022 Superfície junto a origem tende a ser lisa; 
\u2022 Torna-se mais irregular com o aumento do tamanho da 
trinca; 
\u2022 Fibrosa na parte final de propagação da trinca. 
\u2022 Superfície possui \u201cmarcas de praia\u201d e estrias 
\u2022 Marcas de praia se formam quando a carga varia de 
modo irregular ou quando é intermitente. 
\u2022 estrias são bem menores (microscópio) e mostram a 
posição da ponta da trinca após cada ciclo. 
FALHA - FADIGA 
(c)2003 Brooks/Cole, a division of Thomson Learning, Inc. Thomson Learning\u2122 is a trademark used herein under 
license. Representação de uma superfície de fratura por fadiga em um eixo de aço, 
mostrando a região de início, a região de propagação com marcas de praia e 
ruptura final quando o tamanho da trinca ultrapassa um valor crítico para tensão 
aplicada. 
FALHA - FADIGA 
Fig. \u2013 Superfície de fratura de um eixo 
rotativo de aço que experimentou 
falha por fadiga. Os ressaltos de 
marcas de praia estão visíveis na foto. 
Fig. \u2013 Fractografia eletrônica de 
transmissão mostrando estrias de fadiga no 
alumínio. 
FALHA - FADIGA 
Fig. \u2013 Superfície de falha por 
fadiga. Uma trinca se formou na 
aresta superior. 
FALHA - FADIGA 
Ensaio de fadiga rotativa 
Fig. \u2013 Configuração do teste de fadiga rotativa 
(c)2003 Brooks/Cole, a division of Thomson Learning, Inc. Thomson Learning\u2122 is a trademark used herein under license. 
FALHA - FADIGA 
A tensão em qualquer ponto da amostra passa por um 
ciclo senoidal completo, da tensão máxima de tração à 
tensão máxima de compressão 
 
A tensão máxima que atua na amostra é dada por: 
3
32
d
M
\uf070
\uf073 \uf03d\uf0b1
M \u2013 momento de flexão 
d \u2013 diâmetro do corpo de prova 
O momento de flexão M = F(L/2) 
33
09,5
16
d
FL
d
FL
\uf03d\uf03d\uf0b1
\uf070
\uf073
L \u2013 distância entre o ponto de 
aplicação de carga e o mandril 
F \u2013 carga 
FALHA - FADIGA 
O corpo de prova fratura após um número de ciclos. 
A curva S-N mostra os valores de tensão (S) em função do 
número de ciclos (N) para ruptura da amostra. 
Fig. \u2013 Curvas S-N que relacionam a tensão máxima com o número de ciclos até a 
fratura para um aço ferramenta e uma liga de alumínio 
FALHA - FADIGA 
Ensaio de fadiga \u2192 indica o n° de ciclos que uma peça pode 
sobreviver com aquele carregamento antes de fraturar. 
Limite de fadiga \u2192 tensão abaixo da qual há 50 % de 
probabilidade de que a falha por fadiga nunca ocorra 
(importante no projeto) 
Vida em fadiga \u2192 indica quanto tempo um componente 
resiste sob uma tensão específica 
Resistência à fadiga \u2192 é a tensão máxima na qual a fratura 
por fadiga não ocorrerá para um dado número de ciclos 
FALHA - FADIGA 
A curva \u2018Tensão-Número de ciclos\u2019 é um gráfico que relaciona 
o número de ciclos até a fratura com a tensão aplicada 
Número de ciclos até a fratura, N 
Limite de fadiga 
(35 a 60%) do 
limite de 
resistência (T.S.) 
Quanto menor a tensão, maior é o número de 
ciclos que o material tolera. Ligas ferrosas 
normalmente possuem um limite de fadiga. 
Para tensões abaixo deste valor o material 
não apresenta fadiga. 
Ligas não ferrosas não possuem um 
limite de fadiga. A fadiga sempre 
ocorre mesmo para tensões baixas e 
grande número de ciclos. 
Vida de fadiga a 
uma tensão S1 
S1 
FALHA - FADIGA 
\u2022 Nível médio de tensão 
\uf0a7 Quanto maior o valor médio da tensão, menor é a vida. 
\u2022 Efeitos de superfície 
\uf0a7 A maior parte das trincas que iniciam o processo de falha 
se origina na superfície do material. Isto implica que as 
condições da superfície afetam fortemente a vida de 
fadiga. 
\uf0a7 Projeto da superfície: evitando cantos vivos. 
\uf0a7 Tratamento da superfície: 
\uf0d8 Eliminar arranhões ou marcas através de polimento. 
\uf0d8 Tratar a superfície para gerar camadas mais duras (carbonetação / 
nitretação / deposição de filmes finos) e que geram tensões 
compressivas que compensam parcialmente a tensão externa. 
FALHA - FLUÊNCIA 
FLUÊNCIA 
 
Componentes em serviço a temperaturas elevadas \u2192 tensões 
mecânicas estáticas \u2192 Deformação conhecida por Fluência 
Def.: deformação permanente e dependente do tempo de 
materiais quando estes estão submetidos a uma carga ou 
tensão constante 
\u2022 Indesejável; 
\u2022 Fator de limitação de vida útil; 
\u2022 Ocorre em todos materiais; 
\u2022 Metais \u2013 importante a temperaturas superiores a 
aproximadamente 0,4 Tf; 
\u2022 Polímeros amorfos (plásticos e borracha) \u2192 especialmente 
sensíveis à deformação por fluência. 
FALHA - FLUÊNCIA 
Esboço do aparelho utilizado para análise de fluência 
 
FALHA - FLUÊNCIA 
Ensaio (ASTM E 139) \u2192 corpo de prova a uma carga ou tensão 
constante, mantendo a temperatura constante. 
Fig. \u2013 Curva típica de fluência para deformação em função do tempo a um nível constante de 
tensão e a temperaturas elevadas constantes. A taxa de fluência mínima \uf044\uf065/\uf044t corresponde à 
inclinação do segmento linear na região secundária. O tempo de vida até a ruptura tr 
corresponde ao tempo total necessário até a ocorrência da ruptura. 
Tempo, t 
D
e
fo
rm
a
ç
ã
o
 p
o
r 
fl
u
ê
n
c
ia
, 
\uf065 
FALHA - FLUÊNCIA 
Inicialmente ocorre uma deformação instantânea 
Curva de fluência (3 regiões) 
\u2022 Fluência primária ou transiente 
Taxa de fluência continuamente decrescente \u2192 aumento da 
resistência a fluência ou encruamento 
\u2022 Fluência secundária ou regime estacionário 
Taxa constante linear (longa duração) \u2192 equilíbrio entre 
encruamento e recuperação 
\u2022 Fluência terciária 
Aceleração na taxa de fluência e fratura \u2192 alterações 
microestruturais e metalúrgicas. Separação do contorno de grão, 
formação de trincas, cavidades e vazios internos. 
FALHA - FLUÊNCIA 
\u2022 Para metais \u2192 corpos de prova iguais ao do ensaio de 
tração 
 
\u2022 Materiais frágeis \u2192 compressão uniaxial 
 cilindros retos ou paralelepípedos 
 L/D \uf0bb 2 \u2013 4 
 
\u2022 Parâmetro mais importante \u2192 inclinação da porção 
secundária \uf044\uf065/\uf044t \u2192 Taxa de fluência em regime 
estacionário \uf065r 
FALHA - FLUÊNCIA 
\u2022 Temperatura e nível de tensão influenciam a fluência 
Fig. \u2013 Influência da tensão \uf073 e da