Ensaio de Fluência

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PONTIFICIA UNIVERSIDADE CATÓLICA DE MINAS GERAIS 
Ensaio de Fluência 
Klaus Higor dos Santos Silva 
Belo Horizonte 
2016 
1. Introdução 
 
 Fluência é a deformação plástica que ocorre em função do 
tempo em um material submetido a uma tensão ou carga 
constante. 
 
Ocorre em todos os materiais e nos metais torna-se crítica 
para valores de T > 0,4 Tf (K), que aceleram a taxa de 
deformação. 
 
Os principais materiais ensaiados são os empregados em 
turbinas, refinarias petroquímicas e usinas nucleares. 
1. Introdução 
 
Não é um ensaio de rotina, devido ao longo tempo para a 
sua realização, pode durar até pouco mais de um ano. 
 
Embora de grande importância, normalmente seu uso se 
restringe a atividades de pesquisa e desenvolvimento de 
novos materiais ou ligas metálicas e para a determinação 
de condições seguras de uso de diversos produtos. 
 
O objetivo do ensaio, em muito casos, é determinar as 
tensões necessárias para produzir uma deformação limite 
de 0,5%, 1,0% (turbinas e tubulações a quente) e, em 
alguns casos, até 2,0%. 
2. Ensaio de Fluência 
Representação esquemática do equipamento utilizado para ensaio: 
 Antes da aplicação da carga - 
homogeneização da temperatura. 
 
 Carga uniaxial e constante. 
 
 Corpo-de-prova geometricamente 
igual ao utilizado no ensaio de 
tração. 
 
 Temperatura de ensaio elevada e 
constante. 
 
 De um modo geral, as máquinas 
utilizam pesos para a aplicação de 
carga. 
2.1 Corpo de prova 
 Corpo de prova semelhante ao 
do ensaio de tração. 
 
 A temperatura do CP deve ser 
homogeneizada antes do 
ensaio. 
 
 A temperatura do CP é medida 
através de pirômetros ou 
termopares. 
 
 A medição da deformação é 
feita por um extensômetro 
acoplado ao CP fora da região 
de aquecimento. 
 
2.2 Características e fases do ensaio: 
 Estágio primário (Região de 
Encruamento): decréscimo 
contínuo da taxa de fluência 
devido ao encruamento. 
 
 Estágio secundário (Fluência 
secundária): taxa de fluência 
constante devido aos dois 
fenômenos que ocorrem 
simultaneamente, o 
encruamento e a recuperação. 
O valor médio da taxa de 
fluência medida neste estágio 
é denominado taxa mínima de 
fluência. 
2.2 Características e fases do ensaio: 
 Estágio terciário (Região de 
Fratura): ocorre principalmente 
para os ensaios submetidos a 
cargas e/ou temperaturas 
elevadas. 
 
 Neste estágio ocorrem a 
separação de contornos de 
grão, a formação, o 
coalescimento e a propagação 
de trincas, conduzindo a uma 
redução localizada de área no 
corpo-de-prova e a um 
consequente aumento na taxa 
de deformação. 
Taxa de deformação X Tempo 
Alguns materiais podem deixar de apresentar o estágio terciário em certas 
condições de ensaio. Curva B – baixa carga 
 Para o ensaio de fluência da 
liga apresentada (Alumínio 
24S-T4), observa-se que 
para uma temperatura de 
ensaio constante, a curva de 
ensaio sofre alterações 
devido à variação da carga 
aplicada. 
 
Taxa mínima de fluência [(dε/dt)m]: 
 
Consiste na inclinação da curva do estágio secundário de 
fluência. Trata-se de um parâmetro a se considerar em 
projetos de componentes para aplicações de longa duração 
(ex: reatores nucleares). 
 
No entanto, para componentes de vida relativamente mais 
curta (ex: lâminas de turbinas para motores a jato) o tempo de 
ruptura é o parâmetro determinante. 
Parâmetros Característicos do Ensaio de Fluência 
 
Ensaio de Ruptura por Fluência 
 
A diferença entre o ensaio dito convencional e o ensaio de 
ruptura é que, como o próprio nome diz, o segundo ocorre até 
a ruptura do corpo-de-prova, enquanto o convencional utiliza-
se de artifícios para estimar a vida útil do material. 
 
O ensaio de ruptura, muitas vezes, implica a aplicação de 
cargas de ensaio maiores que a especificada. 
 
Ensaio de Ruptura por Fluência 
 
Este ensaio é menos demorado que o ensaio de fluência, sua 
duração fica em torno de 1.000 horas. 
 
Da mesma forma que o anterior, são necessários muitos CP, 
ensaiados com cargas diferentes, para a obtenção de 
resultados significativos. 
 
Além disto, é possível selecionar as tensões de trabalho que 
nas operações práticas evitem a ruptura do material. 
 
 Ao contrário dos anteriores, este ensaio é feito com apenas 
um corpo de prova, este ensaio fornece informações sobre a 
redução da tensão (carga) aplicada ao corpo-de-prova 
quando a deformação em função do tempo é mantida 
constante a uma certa temperatura. 
 
 A maioria dos ensaios duram de 1.000 a 2.000 h, a sua 
principal desvantagem são as exigências do equipamento, 
cujo sistema de medição de força deve permitir edições 
precisas de pequenas variações de carga ao longo do tempo. 
 
Ensaio de Relaxação 
Efeito da temperatura e tensão aplicada 
São 3 os efeitos de cada um, 
mantendo o outro constante: 
 
• Aumento da deformação 
inicial 
 
• Aumento da taxa na região 
secundária 
 
• Redução do tempo de vida 
4. Extrapolação de características de fluência 
para longos períodos 
 
 Em função da impraticabilidade de ensaios de longa duração, uma solução 
que se adota consiste em avaliar o comportamento à fluência em condições 
de temperatura acima das especificadas, por tempos mais curtos e no 
mesmo nível de tensão. 
 
 A partir dos resultados obtidos faz-se uma extrapolação para as condições 
de operação do componente. Uma extrapolação segura só pode ser feita 
quando se tem certeza de que na região da extrapolação não ocorrerão 
mudanças estruturais que resultem na variação da inclinação da curva. 
5. Informações adicionais sobre fluência 
Norma: ASTM E139. 
 
 Mecanismos de deformação: movimento de discordâncias, recristalização e 
escorregamento de contornos de grão. 
 
 Fatores que influenciam as propriedades de fluência: E, Tfusão e tamanho de 
grão. 
 
6. Exemplos de falha por fluência 
6. Exemplos de falha por fluência 
6. Exemplos de falha por fluência 
6. Exemplos de falha por fluência 
6. Exemplos de falha por fluência 
6. Exemplos de falha por fluência 
6. Exemplos de falha por fluência 
7. Máquina de Ensaio de Fluência