ENSAIOS DE FADIGA

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ENSAIOS DE FADIGA
Quando um metal é submetido a ciclos repetidos de tensão ou deformação, sua estrutura pode romper-se o que por fim resulta em ruptura. Esse comportamento é conhecido por fadiga, com isso a ruptura ocorrerá a uma tensão menor que tensão de escoamento do material. Um metal rompe-se por fadiga quando a tensão cíclica aplicada a ele tem uma flutuação suficientemente grande e é maior que um valor característico de cada metal, denominado limite de fadiga. A ruptura geralmente ocorre quando o número de ciclos de tensão aplicada é também suficientemente grande.
O estudo de fadiga é de primordial importância para o projeto de peças as tensões cíclicas, as quais modernamente são cada vez maiores. O ensaio de fadiga pode ser realizado na própria peça caso se possua uma máquina adequada, 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. A determinação do limite de fadiga é frequentemente realizada em corpo de prova usinados.
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 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 forma de flexão rotativa, torção ou tração-compressão.
O processo de fadiga pode ser dividido em três etapas sucessivas, iniciação da trinca, caracterizando o que é chamado de fase I do processo, composta pela nucleação e crescimento microscópico da trinca, propagação da trinca fase II, caracteriza-se pelo crescimento macroscópico da trinca, associada com a sua instabilidade e ruptura final, correspondente a fase III do processo, na qual a taxa de crescimento da trinca aumenta rapidamente conforme a instabilidade global do material se aproxima.
Figura 1. Ciclos regulares de tensões: (a) tensão reversa; (b) tensão repetida (campo de tração); (c) tensão repetida (campo de tração e compressão).
ENSAIOS DE FADIGA POR TRAÇÃO
A aplicação de uma força num corpo sólido promove uma deformação do material na direção do esforço e o ensaio de tração consiste em submeter um material a um esforço que tende a estica-lo ou alonga-lo. Geralmente o ensaio é realizado num corpo de prova de formas e dimensões padronizadas para que os resultados obtidos possam ser comprados ou, se necessário reproduzidos. Este corpo de prova é fixado numa máquina de ensaio que aplica esforços crescentes na sua direção axial, sendo medidas as deformações correspondentes por intermédio de um aparelho especial (o mais comum é o extensômetro). Os esforços ou cargas são medidos na própria máquina de ensaio e o corpo de prova é levado até sua ruptura.
Com esse tipo de ensaio, pode-se afirmar que praticamente as deformações promovidas no material são uniformemente distribuídas em todo o seu corpo, pelo menos até ser atingida numa carga máxima próxima no final do ensaio e, como é possível fazer com que a carga cresça numa velocidade razoavelmente lenta durante todo o teste, o ensaio de tração permite medir satisfatoriamente a resistência do material. A uniformidade da deformação permite ainda obter medições precisas da variação dessa deformação em função da tensão aplicada. 
A uniformidade de deformações térmica no momento em que é atingida a carga máxima suportada pelo material, quando começa a aparecer o fenômeno da estricção ou diminuição da secção do corpo de prova, nos casos dos metais com certa ductilidade. A ruptura sempre se dá na região estrita do material, a menos que um defeito interno no material, fora dessa região, promova a ruptura do mesmo, o que raramente acontece.
Figura 2. Ensaio de tração
ENSAIO DE FADIGA POR TORÇÃO
É aplicado uma carga rotativa em um corpo de prova cilíndrico na maioria das vezes. Torque é um momento em torno de seu eixo longitudinal, o efeito do torque é uma preocupação primária em projetos de eixos ou eixos de acionamento utilizados em veículos e estruturas diversas. 
A máquina de torção possui uma cabeça giratória que prende uma extremidade do corpo de prova, por essa extremidade é aplicada o momento de torção no mesmo. O corpo de prova fica em uma posição tal que o seu eixo coincide com o eixo de rotação. A máquina contém ainda dispositivo para a medida da deformação, calculada pelo deslocamento angular de um ponto do corpo de prova perto da cabeça giratória em relação a um ponto em uma mesma linha longitudinal perto da outra cabeça.
Para facilidade de cálculo, o corpo de prova deve ter uma secção circular, com um comprimento L, na parte útil (paralela) que poderá variar, para maior precisão conforme for a propriedade mecânica que se deseja medir. Outro tipo também de grande utilidade é o corpo de prova tubular de pequena espessura.
 
Figura 3. Torção