2018 1 7 FSENAI Fluencia 1524016364

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Disciplina: Análise de falhas
Graduação em Processos Metalúrgicos
Professor: Fábio de Oliveira Braga
Engenheiro Metalúrgico
Doutor em Ciências (Ciência dos Materiais)
fdbraga@firjan.com.br
fabio_obraga@yahoo.com.br
Tema da aula:
Rio de Janeiro, Março de 2018
Fluência
1. Fluência – Aspectos gerais
1. Fluência – Aspectos gerais
• É comum materiais em serviço em altas temperaturas,
expostos a tensões mecânicas estáticas.
• Aplicações típicas:
Peças de geradores de vapor que 
suportam tensões centrífugas
Rotores de turbinas e 
motores a jato
1. Fluência – Aspectos gerais
• A deformação em tais circunstâncias é denominada
fluência.
• Definição: Deformação permanente e dependente do
tempo dos materiais quando submetidos a uma carga ou
tensão constante.
• É um fenômeno indesejável e é um fator limitante na vida
útil de uma peça.
• Observada em todos os tipos de materiais.
• Para os metais se torna importante em temperaturas
acime de 40% de Tf (temperatura absoluta de fusão).
2. Comportamento geral da 
fluência
• Ensaio típico de fluência (ASTM E 139): submeter um
corpo-de-prova a uma carga ou tensão constante.
• A deformação é medida e traçada em função do tempo
em que se mantém a temperatura constante.
• Ensaio de carga constante: Mais utilizado na
engenharia.
• Ensaio de tensão constante: Mais utilizado no estudo
dos mecanismos de fluência.
2. Comportamento geral da fluência
2. Comportamento geral da fluência
Testes de fluência
2. Comportamento geral da fluência
Comportamento típico 
da fluência sob carga 
constante
• Fluência primária ou transiente:
– Caracterizada por uma taxa de fluência continuamente
decrescente (inclinação da curva diminui com o tempo).
– Neste caso: Material apresenta um aumento na
resistência à fluência ou um encruamento.
• Fluência secundária ou fluência em regime
estacionário:
– Taxa é constante (curva se torna linear).
– Estágio da fluência que tem a maior duração.
– Equilíbrio entre processos concorrentes de encruamento
e recuperação.
2. Comportamento geral da fluência
• Fluência terciária:
– Existe uma aceleração da taxa de fluência, levando por
fim a falha do material.
• Fratura: Pode ocorrer por formação de trincas, cavidades
e vazios, e pode ocorrer estricção.
• Em metais, a maioria dos ensaios é feita em tração, mas
para materiais frágeis pode-se realizá-los em
compressão.
2. Comportamento geral da fluência
2. Comportamento geral da fluência
3. Efeito da tensão e da 
temperatura
• Tanto a temperatura (T) quanto o nível de tensão (σ)
influenciam as características de fluência.
• Se T<<40%Tf, após a deformação inicial, a deformação é
virtualmente independente do tempo.
• Seja pelo aumento de T ou σ, o seguinte é observado:
– Aumento da deformação instantânea no momento da
aplicação da tensão;
– Aumento da taxa mínima de fluência;
– Diminuição do tempo de vida até a ruptura.
3. Efeito da tensão e da temperatura
3. Efeito da tensão e da temperatura
Cálculo da taxa mínima de 
fluência:
K1 e n são constantes;
K2 e Qc são constantes; Qc
é denominado “energia de 
ativação para fluência”.
“n” depende do mecanismo de deformação:
difusão de lacunas, difusão nos contornos
de grão, movimento de discordâncias,
escorregamento de contornos de grão.
3. Efeito da tensão e da temperatura
• Dependendo do tempo até ruptura, pode ser impraticável a aquisição de
dados de fluência através de ensaios em laboratório em certa temperatura.
• A solução é realizar ensaios em temperaturas acima daquelas necessárias,
em períodos de tempo mais curtos.
Gráfico σ x tr para liga 
Ni-C (baixo teor de C)
3. Efeito da tensão e da temperatura
Gráfico σ x “taxa mínima de fluência” para 
liga Ni-C (baixo teor de C)
3. Efeito da tensão e da temperatura
• Quando estes ensaios
acelerados são realizados, é
necessária a aplicação de um
método para extrapolação dos
dados.
• Um procedimento comumente
utilizado emprega o
parâmetro de Larson-Miller:
C é um constante (~20); T é 
a temperatura; tr é o tempo 
de vida até a ruptura. Gráfico σ x “parâmetro de 
Larson-Miller” para Fe S-590.
3. Efeito da tensão e da temperatura
• Exemplo: Usando os dados de
parâmetro de Larson-Miller para o
ferro S-590 mostrados na figura
anterior, estime o tempo de vida até
a ruptura para um componente que
está submetido a uma tensão de
140 MPa a 800ºC.
4. Ligas para uso em alta 
temperatura
4. Ligas para uso em alta temperatura
• Em geral, maior a resistência à fluência se o material
apresenta:
– Maior temperatura de fusão Tf;
– Maior o módulo de elasticidade;
– Maior o tamanho de grão (contratando com o
comportamento e baixa T!!).
• Os aços inoxidáveis, os metais refratários (Ti, Nb, V, Mo, Ta,
W) e as superligas (Ni, Co) são especialmente resistentes à
fluência e comumente empregados em aplicações de altas T.
• A resistência é melhorada por solução sólida e por
precipitação de 2ª fase quase insolúvel na matriz.
4. Ligas para uso em alta temperatura
4. Ligas para uso em alta temperatura
4. Ligas para uso em alta temperatura
4. Ligas para uso em alta temperatura
4. Ligas para uso em alta temperatura
4. Ligas para uso em alta temperatura
4. Ligas para uso em alta temperatura
Maior resistência à fluência 
Técnicas de processamento como a solidificação direcional também 
melhoram a resistência à fluência. 
1. Callister, W.D.; Rethwisch, D.G. Materials Science and
Engineering: An introduction. 8th ed. 2012.
2. Meyers, M.A.; Chawla, K.K. Mechanical Behavior of
Materials. 2ª ed. Cambridge University Press. 2009.
3. Costa e Silva, A.L.; Mei, P.R. Aços e Ligas Especiais.
3ª ed. Revista. 2010.