Fadiga

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Propriedades Mecânicas dos 
Materiais (PMM)
Ensaio de Fadiga
Kelly Benini
2017
2
Classificação dos Ensaios Mecânicos
Quanto à integridade 
•Destrutivos: provocam inutilização parcial ou total da peça. Ex.:Tração, 
Fadiga, Fluência, Impacto, Torção, Flexão, Tenacidade à fratura
•Não destrutivos: não comprometem a integridade da peça. Ex.: Raios-X, 
Ultra-som, Líquidos penetrantes, Microdureza
Quanto à velocidade
•Estáticos: carga aplicada lentamente (estado de equilíbrio). Ex.: Tração, 
Compressão, Flexão, Dureza e Torção
•Dinâmicos: carga aplicada rapidamente ou ciclicamente. Ex.: Fadiga e 
Impacto
•Carga constante: carga aplicada durante um longo período de tempo.Ex.: 
Fluência
Histórico do estudo de Fadiga
3
Os estudos mais consistentes foram conduzidos por Wohler 
entre 1850 na Alemanha motivado por inúmeras falhas em 
eixos de vagões. 
Pelos conhecimentos da época estes eixos não poderiam 
romper, pois eram projetados para resistir a esforços previstos 
em serviços.
Nesta época Wohler realizou uma série de ensaios de fadiga 
em laboratório para tentar explicar a natureza destas falhas.
Histórico do estudo de Fadiga
4
Maquina utilizada por Wöhler em seus 
ensaios de fadiga
Conceito de Fadiga
5
Componentes de máquinas, veículos e estruturas estão 
freqüentemente sujeitos a carregamentos repetitivos 
durante sua vida em serviço.
Causas: Carregamentos Cíclicos
6
Causas: Carregamentos Cíclicos
7
Componentes de máquinas, veículos e estruturas estão 
freqüentemente sujeitos a carregamentos repetitivos 
durante sua vida em serviço.
Carregamentos Cíclicos
Carregamento Cíclico
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P = constante P = variável
Caso I: Caso II:
Se  < e a haste não 
sofrerá fratura.
Mesmo com  < e a haste 
poderá sofrer fratura com o 
tempo.
Obs.: A haste não se romperá 
se a tensão variável for 
inferior a um determinado 
limite
Causas: Carregamentos Cíclicos
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Componentes de máquinas, veículos e estruturas estão 
freqüentemente sujeitos a carregamentos repetitivos 
durante sua vida em serviço.
Carregamentos Cíclicos
A fratura poderá ocorrer com uma tensão muito 
inferior àquela necessária para produzir uma falha 
devido à aplicação de uma carga estática.
Carregamento Cíclico
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Em situações reais as intensidades e as freqüências
com que a carga varia entre um valor máximo e mínimo 
é totalmente aleatória
Carregamento Cíclico
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Razão de Tensões
R = Smin 
Smáx
Smax
Sm 
Smin
Sa 
A 
S
t
1 ciclo 
Em laboratório normalmente se considera ciclos de tensões 
alternadas de forma senoidal
Smax - Tensão máxima do ciclo
Smin - Tensão mínima do ciclo
Sm - Tensão média do ciclo
Sa - Tensão variável ou 
alternada do ciclo
A - Amplitude de tensões;
Tensão Alternada
Sa = Smax - Smin
2
Tensão Média
Sm = Smax + Smin
2
Modalidade de Solicitação: Parâmetros
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Pulsatória
Ondulada
Positiva
Constante
Positiva
Pulsatória
Positiva
Alternada
Smax = Smin
Smax > 0
Smin > 0
Smax>0
Smin=0
Smax

Smin 
Smax =
Smin =
Sm 
Sm > 0
1/2 Smax
Sm > 0
0 < R < 1
R = 1
R = 0
-1 < R < 0
Sa = 0 
Sa  0
1/2 Smax
Sa  0
Solicitação Nome da 
Solicitação
Smax e Smin Sm Sa Razão
Modalidade de Solicitação: Parâmetros
Smax
=
Smin 
Smax

Smin 
Sm = 0
Sm < 0
R = -1
-1 < R < 0
Sa =
Smax =
Smin 
Sa  0
Smax = 0
Smin < 0
Smax < 0
Smin < 0
Smax =
Smin =
Sm 
(negativas)
Smax =
Smin =
Sm 
(negativas)
Sa = 0 R = 1
0 < R < 1
R = 01/2 Smax
Sa  0Sm < 0
1/2 Smax
Alternada
Alternada 
Simétrica
Pulsatória
Negativa
Pulsatória 
Ondulada 
Negativa
Solicitação Nome da 
Solicitação
Smax e 
Smin
Sm Sa Razão
Constante 
Negativa
Falha por Fadiga
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Danos microscópicos
Continuação dos ciclos: ocorre o 
acúmulo dos danos
Desenvolvimento de trincas
Falhas decorrentes de tensões 
variáveis com o tempo
Falhas por 
Fadiga
Falha por Fadiga
15
Corresponde cerca de 90% das falhas em serviço
Condições:
 Tensão máxima cíclica suficientemente elevada;
 Variação na amplitude do carregamento;
 Número de ciclos suficiente para a propagação da 
trinca.
Estágios da Falha por Fadiga
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Estágio I: Nucleação ou início da trinca.
As trincas tem início em regiões de alta concentração de 
tensão ou de baixa resistência.
Saliências e 
reentrâncias 
em uma 
chapa de 
cobre
 Deslizamento de Planos
Deformações Locais
Estágios da Falha por Fadiga
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Região de intenso 
deslizamento durante 
fadiga em uma liga de 
níquel
Formação de trincas 
na superfície 
devidas às bandas 
de deslizamento
Fonte: GARCIA, A.; SPIM, J. A.; SANTOS, C. A. Ensaios dos Materiais. Rio de Janeiro: LTC, 2000.
Estágios da Falha por Fadiga
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Estágio I: Nucleação ou início da trinca.
 Geometrias com 
ângulo reto ou entalhe
 Defeitos de 
superfície
Ranhuras
Pequenas trincas de 
usinagem
Acabamento superficial
 Defeitos na 
microestrutura
Estágios da Falha por Fadiga
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Estágio II : Propagação 
Devido à 
concentração local 
da tensão ocorre 
uma deformação 
plástica cíclica 
mesmo com tensão 
nominal abaixo do 
limite elástico
Fonte: GARCIA, A.; SPIM, J. A.; SANTOS, C. A. Ensaios dos Materiais. Rio de Janeiro: LTC, 2000.
Estágios da Falha por Fadiga
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Estágio III : Falha catastrófica 
Ocorre durante os últimos ciclos de atuação da carga e 
corresponde à fratura brusca final, quando a trinca 
atingiu seu tamanho crítico e a seção transversal não é 
suficiente para suportar a carga aplicada.
Estágios da Falha por Fadiga
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Estágio II 
Crescimento ou 
propagação da trinca 
sob elevadas tensões 
de tração.
Estágio III 
Propagação 
instável da 
trinca e 
falha por 
fratura.
Estágio I 
NucleaçãoT
a
x
a
 d
e
 c
re
s
c
im
e
n
to
 d
a
 t
ri
n
c
a
Fator intensificador de tensão (∆K)
II
III
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Falha por Fadiga: Aspectos 
Macroscópicos
Marcas de Praia Marcas de Catraca
Resultado de variações na 
intensidade da solicitação, na 
frequência ou devido à 
oxidação
Resultado de diversos locais 
de origem da fadiga
Falha por Fadiga: Aspectos 
Microscópicos
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Estrias de Fadiga: São formações no relevo da superfície 
fraturada que ocorrem a cada ciclo de carregamento.
Fractografia eletrônica de transmissão mostrando estrias 
de fadiga em uma liga de alumínio.
Callister, 2000.
Dificuldades de visualização:
Materiais muito duros
 Materiais muito moles
 Superfícies danificadas
 Morfologias lamelares 
Tipos de Ensaios de Fadiga
24
Fadiga por Flexão Rotativa
Tipos de Ensaios
25
Fadiga por Flexão Rotativa
Fonte: GARCIA, A.; SPIM, J. A.; SANTOS, C. A. Ensaios dos Materiais. Rio de Janeiro: LTC, 2000.
Tipos de Ensaios de Fadiga
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R
t
Manivela
Amostra
Engaste 
Braço
Fadiga por Flexão Alternada
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Tipos de Ensaios de Fadiga
Fadiga Axial
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A forma mais comum de apresentação dos resultados 
experimentais de fadiga é através da Curva S-N
Aço A 517 
t = 820 MPa
e = 760 MPa
falhou
não falhou
Nf, Ciclos até a falha 

m
a
x
,
T
e
n
s
ã
o
 M
á
x
im
a
, 
M
P
a
 
 
 
m= 0
(Flexão Rotativa)
f= 414 MPa
Curvas S-N ou Curvas de Wohler
Tensão Limite de 
Resistência á 
Fadiga
Vida Infinita
Região de 
Vida Finita
Limite de Resistência à Fadiga
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Para alguns materiais 
como Aços Carbono e 
Titânio
Os metais não ferrosos, 
como alumínio,cobre, 
magnésio e suas 
respectivas ligas
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Efeitos Superficiais
Na maioria das aplicações as tensões máximas a 
que os componentes estão submetidos ocorre na 
superfície
Trincas superficiais conduzem à 
ruptura por Fadiga
Fatores que afetam a vida em Fadiga
Fatores que afetam a vida em Fadiga
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Efeitos Superficiais
1 – Rugosidade - Melhora do acabamento superficial, 
eliminado marcas de usinagem.
2 – Variações na resistência à Fadiga - Pode ser 
conseguida pela elevação da dureza, adotando tratamentos 
térmicos mais efetivos ou adotando liga(aço)de melhor 
qualidade ou menor nível de defeitos.
3 – Variação da tensão residual - Adoção de técnicas que 
induzem tensões residuais compressivas (shot peening, 
deformação ou tratamentos termoquímicos)
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Superposição das tensões aplicadas e 
residuais
Fonte: GARCIA, A.; SPIM, J. A.; SANTOS, C. A. Ensaios dos Materiais. Rio de Janeiro: LTC, 2000.
Flexão da barra sem tensão residual
Tensão residual após tratmento superficial
Flexão da barra sem tensão residual
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Fatores de Projeto
Fatotes que afetam a vida em Fadiga
Imperfeição mais crítica
Entalhe 
em “V”
Chaveta Pescoço
Eliminação de 
pontos de 
concentração
Raio de 
concordância
Fonte: GARCIA, A.; SPIM, J. A.; SANTOS, C. A. Ensaios dos Materiais. Rio de Janeiro: LTC, 2000.
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Fadiga Térmica
Variações de temperatura causam tensões térmicas 
devido à impossibilidade de expansão ou de contração 
que normalmente ocorrem em componentes estruturais
Fatotes que afetam a vida em Fadiga
Efeito da Tensão Média
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Smáx
Número de Ciclos
Para um mesmo número de ciclos, à medida que R se torna 
mais positivo - maior é a Tensão Limite de Resistência à 
Fadiga (Sf)
Efeito da Tensão Média
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 Para um mesmo 
número de ciclos, 
quanto maior o 
valor da tensão 
média, menor é o 
intervalo de tensão 
alternada
Sa
Número de Ciclos
Sm4>Sm3>Sm2>Sm1
Sm3
Sm4
Sm2
Sm1
Diagrama de Goodman
37
 Forma de 
apresentar a 
variação de tensões 
em função da 
tensão média
Diagrama de Goodman
38
σT
σT
Smax
Smin
Sm
-σT
σa
σa
45°
Smáx
Smin
Tensão Máxima
Tensão Mínima
Tensão Média
R = -1
Sm = 0
Vida infinita
Smax
Smin
Sm
Diagrama de Goodman
39
σT
σT
Smax
Smin
Sm 45°
Smax
Sm
Tensão Mínima
Tensão Máxima
Tensão Média
R=0
R=0,2
R=0,3
Smax
Smin
Sm
Diagrama de Goodman Modificado
40
σT
σT
Smax
Smin
Sm
-σT
45°
Tensão Média
σesc
Na prática Smáx não deve 
ser maior que a tensão de 
escoamento do material. 
Se for maior ocorrerá 
deformações plásticas na 
primeira vez que Smáx for 
atingida
Exercício
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Considere que uma determinada barra feita com o aço A517 estará 
sujeita a uma solicitação pulsatória (R=0) com carga máxima de 6 
ton. Determine o diâmetro admissível da barra utilizando o Diagrama 
de Goodman Modificado para vida infinita. Fazer o mesmo para 
R=0,2.
Aço A 517 
t = 820 MPa
e = 760 MPa
falhou
não falhou
Nf, Ciclos até a falha 

m
a
x
,
T
e
n
s
ã
o
 M
á
x
im
a
, 
M
P
a
 
 
 
m= 0
(Flexão 
Rotativa)
f= 414 MPa
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REFERÊNCIAS E BIBLIOGRAFIA CONSULTADA
CALLISTER JR., W. D. Fundamentos da Ciência e Engenharia de Materiais: 
Uma abordagem integrada, 2ª ed, Rio de Janeiro: LTC, 2006.
GARCIA, A.; SPIM, J. A.; SANTOS, C. A. Ensaios dos Materiais. Rio de Janeiro: 
LTC, 2000.
SOUZA, S. A. Ensaios Mecânicos de Materiais Metálicos. Fundamentos 
teóricos e práticos. 5 ed., São Paulo: Edgard Blucher, 1982.