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CAPÍTULO 8 
Falhas 
 
Ciência e Tecnologia dos Materiais 
Ciência e Tecnologia dos Materiais 
3.5. Falhas: 
 
3.5.1. Fratura 
3.5.2. Fadiga 
3.5.3. Fluência 
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1.Introdução: 
 
 
 
 
 
As causas usuais do acontecimento de falhas são a 
seleção e processamento dos materiais de uma 
maneira não apropriada, e o projeto inadequado do 
componente ou a sua má utilização. 
Ciência e Tecnologia dos Materiais 
1.Introdução: 
 
 
 
 
 A engenharia e ciência dos 
materiais tem papel importante 
na prevenção e análise de 
falhas em peças ou 
componentes mecânicos. 
Ciência e Tecnologia dos Materiais 
2. Fratura: 
 
 
 
 
 
Fratura Simples - consiste na separação de um corpo 
em dois ou mais pedaços em resposta a uma tensão 
imposta que possua natureza estática (isto é, 
constante ou que se modifica lentamente ao longo do 
tempo) e as temperaturas que são baixas quando 
comparadas à temperatura de fusão do material. 
 
• Cargas de tração uniaxial 
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2. Fratura: 
 
 
 
 
 
• Fratura Dúctil – os materiais dúcteis exibem 
tipicamente uma deformação plástica substancial com 
grande absorção de energia antes da ocorrência da 
fratura. 
 
• Fratura Frágil – os materiais frágeis tem pouca ou 
nenhuma deformação plástica com baixa absorção de 
energia ao se fraturarem. 
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2. Fratura: 
Representação esquemática de superfície de fraturas 
para materiais completamente dúcteis (a), dúcteis (b), e 
totalmente frágeis (c). 
 
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2. Fratura: 
Dúctil e frágil são termos relativos; 
 
• Temperatura 
• Taxa de deformação 
• Estado de tensão 
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2. Fratura: 
Fratura – processo que envolve duas etapas, a 
formação e a propagação de trincas, em resposta à 
imposição de uma tensão. 
 
Fratura dúctil – processo relativamente lento, trinca 
estável, evidência de uma deformação. 
 
Fratura frágil – processo (trincas) extremamente rápido, 
trincas instáveis, pouca deformação. 
Qual é preferível? 
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2. Fratura: 
Sob ação de tensão de tração 
 
Ligas Metálicas, na maioria, são dúcteis. 
 Exemplos: ....................................................................... 
Cerâmicos são notavelmente frágeis. 
Exemplos: ....................................................................... 
Polímeros exibem os dois tipos de fratura. 
Exemplos: ....................................................................... 
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2. Fratura Dúctil em Metais (taça e cone) 
(a) Empescoçamento 
inicial. 
(b) Pequena formação 
de cavidades. 
(c) Coalescência de 
cavidades para 
formar uma trinca 
(d) Propagação de 
trinca 
(e) Fratura final por 
cisalhamento (45°) 
 
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2. Fratura Dúctil em Metais 
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2. Fratura Dúctil em Metais (taça e cone) 
 Taça Cone 
A região central interior da superfície possui uma 
aparência irregular fibrosa – indicativo de deformação 
plástica. 
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2. Fratura Dúctil em Metais (taça e cone) 
 Taça Cone 
A região central interior da superfície possui uma 
aparência irregular fibrosa – indicativo de deformação 
plástica. 
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2. Fratura Dúctil 
Resumo: 
• O material se deforma substancialmente antes de 
fraturar. 
• O processo se desenvolve de forma relativamente 
lenta à medida que a trinca propaga. 
• Este tipo de trinca é denomidado estável porque 
resiste a qualquer extensão adicional a menos que 
exista um aumento na tensão aplicada. 
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3. Fratura Frágil 
A fratura frágil ocorre com a formação e propagação 
de uma trinca que ocorre a uma direção 
perpendicular à aplicação da tensão. Superfície de 
fratura relativamente plana. 
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3. Fratura Frágil 
Origem da trinca 
Nervuras radiais em formato de leque 
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3. Fratura Frágil 
Origem da trinca 
“Marcas de sargento” com formato em “V” 
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3. Fratura Frágil 
Resumo: 
• O material se deforma pouco, antes de fraturar. 
• O processo de propagação de trinca pode ser muito 
veloz, gerando situações catastróficas. 
• A partir de um certo ponto, a trinca é dita instável 
porque se propagará mesmo sem aumento da tensão 
aplicada sobre o material. 
 
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5. Fadiga 
 
• É a forma de falha ou ruptura que ocorre nas 
estruturas sujeitas à forças dinâmicas e cíclicas 
(oscilantes). Nessas situações o material rompe com 
tensões muito inferiores à correspondente à resistência 
à tração (determinada para cargas estáticas). 
• É comum ocorrer em estruturas como pontes, aviões, 
componentes de máquinas. 
• A falha por fadiga é geralmente de natureza frágil 
mesmo em materiais dúcteis. 
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5. Fadiga 
 
• A fratura ou rompimento do material por fadiga 
geralmente ocorre com a formação e propagação de 
uma trinca. 
• A trinca inicia-se em pontos onde há imperfeição 
estrutural ou de composição e/ou de alta concentração 
de tensões (que ocorre geralmente na superfície). 
• A superfície da fratura é geralmente perpendicular à 
direção da tensão à qual o material foi submetido. 
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5. Fadiga 
 
• É responsável por aproximadamente 90% de todas as 
falhas de metais, afetando também polímeros e 
cerâmicas. 
• Ocorre subitamente e sem aviso prévio. 
• A falha por fadiga é do tipo frágil, com muito pouca 
deformação plástica. 
 
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5. Fadiga 
 
Superfície de fratura por fadiga de eixos, com ressaltos 
chamados marcas de praia. 
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Limite de Resistência à Fadiga – existe um nível de 
tensão limitante, abaixo do qual a falha por fadiga não 
irá ocorrer. Esse limite de resistência à fadiga 
representa o maior valor de tensão oscilante que não 
irá causar a falha após essencialmente um número 
infinito de ciclos. 
 
Para muitos aços os Limites de Resistência à Fadiga 
variam entre 35 e 60% do LRT. 
T
e
n
s
õ
e
s
 
N° de ciclos 
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Resistência à Fadiga – É definida como sendo o nível 
de tensão no qual a falha irá ocorrer para um dado 
número específico de ciclos. 
 
Comportamento para a maioria das ligas não ferrosas 
(Alumínio, Cobre e Magnésio). 
 
 
 
Vida em Fadiga – Número de ciclos necessários para 
causar a falha em um nível de tensão específico. 
T
e
n
s
õ
e
s
 
N° de ciclos 
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Fatores que afetam a vida em fadiga 
 
Nível médio de tensão 
• Quanto maior o valor médio da tensão, menor é a vida. 
Efeitos de superfície 
• 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. 
Projeto da superfície: evitando cantos vivos. 
Tratamento da superfície: Eliminar arranhões ou marcas 
através de polimento.Tratar a superfície para gerar camadasmais duras (carbonetação). 
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6. Fluência 
 
É definida como a deformação permanente, 
dependente do tempo e da temperatura, quando o 
material é submetido à uma carga constante. 
Este fator muitas vezes limita o tempo de vida de um 
determinado componente ou estrutura. 
Ex: Turbinas de jatos, geradores a vapor. 
 
Este fenômeno é observado em todos os materiais, 
para metais torna-se importante à altas temperaturas 
(0,4TF). 
 
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6. Fluência 
 
Fatores que afetam as características de fluência nos 
metais: 
• Temperatura de Fusão 
• Módulo de elasticidade Maior resistência à fluência 
• Tamanho de grão 
Grãos menores permitem maior escorregamento entre 
os contornos de grão, o que resulta em maiores taxas 
de fluência. 
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6. Fluência 
 
Ligas metálicas especialmente resistentes à fluência 
possuem elevados módulos de elasticidade e elevadas 
temperaturas de fusão; essas incluem as superligas, os 
aços inoxidáveis e os metais refratários.