Ensaio de fadiga por flexao rotativa

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UNIVERSIDADE ESTADUAL PAULISTA
CAMPUS DE GUARATINGUETÁ
DEPARTAMENTO DE MATERIAIS E TECNOLOGIA
 ENSAIO DE FADIGA POR FLEXÃO ROTATIVA
Janyane Silva – 171320212
Natana Coimbra – 171321804
Turma 343 
Resumo: Nesse experimento foi ensaiado um corpo de prova de aço SAE 9258 numa máquina de fadiga por flexão rotativa, que mostra o número de ciclos que é necessário para romper, a uma determinada carga, um componente por fadiga. Com os dados de carga e número de ciclos foi montado uma tabela utilizada para a construção da curva de Wohler, mostrando assim o comportamento do material quando submetido à uma carga cíclica.
Palavras-chave: Fadiga, Flexão Rotativa, Ensaio de fadiga.
INTRODUÇÃO
O limite de resistência determinado pelo ensaio de tração é função da carga máxima atingida durante o teste, após a qual ocorre ruptura do material. Entretanto, quando são aplicados esforços dinâmicos, repetidos ou flutuantes em um material metálico, o mesmo pode se romper com uma carga bem inferior à carga máxima atingida na tração (ou na compressão). Assim, tem-se a chamada ruptura por fadiga do material. Um metal rompe-se por fadiga, quando a tensão cíclica, aplicada nele tem uma flutuação suficientemente grande e é maior que um valor característico de cada metal, denominado limite de fadiga, o qual pode ser determinado mediante um ensaio de fadiga. [1]
O estudo da fadiga é de primordial importância para projeto de peças sujeitas a tensões cíclicas, as quais modernamente são cada vez maiores. O ensaio de fadiga pode ser realizado na própria peça, caso se disponha de uma máquina apropriada, reproduzindo no ensaio da melhor maneira possível os esforços a que ela é submetida na prática ou em corpos de prova, nesse caso testando o material em si, sem verificar os efeitos das particularidades existentes na própria peça. O número de ciclos de tensões suportados pelo corpo de prova até a fratura é designado por N. Esse número é contado na própria máquina de fadiga e representa a soma do número de ciclos para iniciar uma trinca de fadiga mais o número de ciclos para propagar a trinca através do material. O limite de fadiga é definido como o valor limite da tensão, abaixo da qual o material pode suportar um número infinito de ciclos de tensões regulares sem romper. Geralmente, essas tensões são aplicadas pelas máquinas sob a forma de flexão rotativa, torção ou tração-compressão. [1]
Os aparelhos de ensaio de fadiga são constituídos por um sistema de aplicação de cargas, que permite alterar a intensidade e o sentido do esforço, e por um contador de número de ciclos. O teste é interrompido assim que o corpo de prova se rompe [2]. O ensaio é realizado de diversas maneiras, de acordo com o tipo de solicitação que se deseja aplicar: torção, tração-compressão, flexão e flexão rotativa. O ensaio mais usual, realizado em corpos de prova extraídos de barras ou perfis metálicos, é o de flexão rotativa. Este ensaio consiste em submeter um corpo de prova a solicitações de flexão, enquanto o mesmo é girado em torno de um eixo, por um sistema motriz com contagiros, numa rotação determinada e constante, conforme esquematizado na Figura I.
Figura I – Ensaio de Fadiga por flexão rotativa
O corpo de prova deve ser usinado e ter bom acabamento superficial, para não prejudicar os resultados do ensaio. A forma e as dimensões do corpo de prova variam, e constituem especificações do fabricante do equipamento utilizado. As mais utilizadas como corpo de prova para o ensaio de fadiga são apresentadas na Figura II.
Figura II – Tipos de corpo de prova
A curva tensão x número de ciclos, também chamada curva de Wöhler ou simplesmente curva S-N, é o modo mais rápido para a apresentação dos resultados dos ensaios de fadiga. Nessa curva, o número N (ou log N) é colocado no eixo das abcissas e no eixo das ordenadas vai a tensão máxima Smax, que também pode vir expressa por meio de logaritmo. Assim, há três modos de construir o diagrama da curva S-N variando as escalas dos eixos cartesianos, a saber, S x N, S x log N e log S x log N. A escala logarítmica facilita a comparação de dados, pois fornece curvas de diversos materiais com a mesma forma, além de facilitar e diminuir a escala de N.
Para aços, a curva apresenta um patamar que corresponde justamente ao limite de fadiga do material, mas as ligas não-ferrosas em geral, como, por exemplo uma liga de alumínio, não apresentam esse patamar. Para o caso de existir o patamar, constatamos que basta ensaiar o corpo de prova até 10 milhões de ciclos de tensão e se até esse número não houver ruptura, a tensão correspondente será o limite de fadiga. Para o caso do metal não apresentar esse patamar, deve-se levar o ensaio até 50 milhões ou até mesmo em certos casos até 500 milhões de ciclos, dependendo do material, fixando-se a tensão correspondente a esse valor de N ensaiado, como o limite de fadiga desse material (ou mais precisamente, como a sua resistência à fadiga). [3]
Cálculo da tensão
O esquema do ensaio é representado pela figura a seguir:
Figura III – Esquema ensaio de fadiga por flexão rotativa
A máquina usada para fazer o ensaio tem um fator de correção K= 20N, que deve ser subtraído da carga P mostrada na máquina.
Pela Figura III observamos que o momento de flexão é dado por:
 (1)
A tensão de flexão é dada pela seguinte expressão:
 o momento de inércia de um corpo circular é dado por:
OBJETIVOS
Realizar ensaios de fadiga por flexão rotativa em um aço para mola de válvulas SAE 9258, acabamento usinado. Plotar o gráfico S x log N. Comparar e analisar os resultados.
MATERIAIS E MÉTODOS
Materiais
Corpo de prova de aço SAE 9258
Máquina de Ensaio à Fadiga por Flexão Rotativa
Métodos
O corpo de prova para esse ensaio foi confeccionado em aço SAE 9258, com diâmetro útil de 6mm e comprimento total de 160mm.
O corpo de prova foi fixado por suas extremidades e foi submetido à uma carga P, enquanto ele girava, fazendo assim que o corpo fosse submetido à uma carga cíclica de tração e compressão alternadamente.
Como o valor desejado para carga efetiva é de 150N, foi ajudado um valor de P=170N devido ao fator de correção da máquina.
Quando o corpo de prova se rompe, é anotado o valor N de ciclos de tensão que foi necessário para romper o material.
RESULTADOS E DISCUSSÕES
 Com os ensaios, obtivemos os resultados mostrados na tabela 1 a seguir:
Tabela I – Resultados do ensaio de flexão rotativa.
	arga Lida
	 Carga Aplicada (P-20)
	Tensão (Mpa)
	NR1
	NR2
	NR3
	NR4
	Nmédio
	Log Nmédio
	170
	150
	707,3553
	9200
	11700
	15800
	11700
	10400
	4,017033339
	160
	140
	660,1983
	11200
	19600
	35000
	97600
	40850
	4,611192061
	150
	130
	613,0413
	65200
	82500
	23400
	 
	57033,33
	4,756128755
	140
	120
	565,8842
	124900
	1370000
	166800
	124000
	446425
	5,649748507
	130
	110
	518,7272
	272100
	190000
	325500
	 
	262533,3
	5,419184453
	120
	100
	471,5707
	786400
	766000
	530300
	 
	694233,3
	5,841505462
A fim de realizarmos a análise dos resultados, calculamos a média aritméticas dos números de ciclos e foi tirado o log, e a tensão foi calculada pela equação 2 a fim de plotar no gráfico σ x log N.
Com os dados obtidos foi plotado o gráfico a seguir:
Gráfico I: Tensão x Log Nr.
Como foram obtidos poucos dados do ensaio, foi feita também uma linha de tendência para melhor representar o comportamento do material.
Observa-se que não há patamar, ou seja, não é possível identificar visualmente o limite de resistência à fadiga (vida infinita). Além do mais trata-se de uma curva decrescente, onde a tensão diminui com o aumento do número de ciclos realizados.
CONCLUSÕES 
A partir do ensaio realizado, foi obtida a curva de Tensão x Log Nr para o aço SAE 9258. A mesma mostra que devido ao baixo número de valores, não foi possível determinar o limite de resistência à fadiga, no qual o material não rompe abaixo do valor em questão.BIBLIOGRAFIA
Souza, S. A. Ensaios Mecânicos de Materiais Metálicos. Fundamentos teóricos e práticos. 5 ed., São Paulo: Edgard Blucher, 1982.
Garcia, A.; Spim, J. A.; Santos, C.A. Ensaios dos Materiais. Rio de Janeiro: LTC, 2000.
CALLISTER Jr., W. D. Ciência e Engenharia de Materiais: Uma Introdução. Rio de Janeiro: LTC, 2002.