Aula 06 - Falhas nos materiais

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PRINCÍPIOS DA CIÊNCIAS E 
TECNOLOGIA DOS MATERIAIS
Prof.: Ma. Engª. Civil Raquel Hellu Macedo
raquel.macedo@unialfa.com.br
PRINCÍPIOS DA CIÊNCIAS E 
TECNOLOGIA DOS MATERIAIS
Aula 06: Falhas nos materais
Prof.: Ma. Engª. Civil Raquel Hellu Macedo
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INTRODUÇÃO
A engenharia e ciência dos materiais tem papel importante na prevenção e 
análise de falhas em peças ou componentes mecânicos.
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INTRODUÇÃO
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INTRODUÇÃO
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FRATURA
O processo de fratura é normalmente súbito e catastrófico, podendo gerar
grandes acidentes.
Envolve duas etapas: formação de trinca e propagação.
Pode assumir dois modos: dúctil e frágil.
•Dúctil: a deformação plástica continua até uma redução na área para
posterior ruptura (É OBSERVADA EM MATERIAIS CFC)
•Frágil: não ocorre deformação plástica, requerendo menos energia que a
fratura dúctil que consome energia para o movimento de discordâncias e
imperfeições no material (É OBSERVADA EM MATERIAIS CCC E HC)
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FRATURA
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Fratura dúctil
O material se deforma substancialmente antes de fraturar.
O processo se desenvolve de forma relativamente lenta à medida que a
trinca propaga.
Este tipo de trinca é denominado estável porque ela para de se propagar
a menos que haja uma aumento da tensão aplicada no material.
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Fratura frágil
O material se deforma pouco, antes de fraturar.
O processo de propagação de trinca pode ser muito veloz,
gerando situações catastróficas.
A partir de um certo ponto, a trinca é dita instável porque se
propagará mesmo sem aumento da tensão aplicada sobre o
material.
A fratura frágil ocorre com a 
formação e propagação de 
uma trinca que ocorre a uma 
direção perpendicular à 
aplicação da tensão.
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Fratura Transgranular e 
Intergranular
TRANSGRANULAR INTERGRANULAR
A fratura passa através do grão
A fratura se dá no contorno de grão
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Fratura Transgranular e 
Intergranular
TRANSGRANULAR
INTERGRANULAR
A fratura passa através do grão A fratura se dá no contorno de grão
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Princípio da mecânica da 
fratura
A resistência a fratura depende da coesão entre os átomos
Segundo a teoria a resistência coesiva para um material frágil =E/10
Na prática é entre 10-1000 X menor
A.A. Griffith (1920) explicou essa diferença: a presença de
microdefeitos ou microtrincas presentes no material faz com que as
tensões sejam amplificadas.
A magnitude da amplificação depende da orientação e da geometria
da trinca.
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Princípio da mecânica da 
fratura
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Princípio da mecânica da 
fratura
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Princípio da mecânica da 
fratura
QUESTÃO 01
QUESTÃO 02
QUESTÃO 03
E = 69 GPa
R = 2404 MPa
R = 23 MPa
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FADIGA
A fadiga é uma forma de falha que ocorre em estruturas que estão
sujeitas a tensões dinâmicas e oscilantes.
A falha se dá em um nível de tensão consideravelmente inferior ao
limite de escoamento.
A fratura ou rompimento do material por fadiga geralmente ocorre
com a formação e propagação de uma trinca.
• A trinca inicia-se em pontos onde há imperfeição estrutural ou de
composição e/ou de alta concentração de tensões (que ocorre
geralmente na superfície)
• A superfície da fratura é geralmente perpendicular à direção da
tensão à qual o material foi submetido
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FADIGA
➢ Este fenômeno é verificado em aeronaves,
componentes de máquinas, pontes, entre outros
elementos mecânicos.
➢ Os estudos sobre Fadiga de Materiais visam concluir
que é uma área multidisciplinar e que exige do
engenheiro conhecimentos nas áreas de metalurgia,
mecânica, ciência de materiais, processos de
fabricação, simulação computacional e testes de
laboratório; visando o melhoramento dos projetos
mecânicos.
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FADIGA
➢ O acidente ocorreu devido ao desgaste na fuselagem que
trincou a ponta de uma das janelas, trincas estas de
dimensões inferiores a 0,007 mm de comprimento, que
geraram elevadas concentrações de tensão o que
desencadeou a tragédia (desde então tanto as portas como
as janelas dos aviões são feitos em formatos arredondados
nas pontas).
tragédia do avião Comet
morreram 520 pessoas
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FADIGA
➢ A fadiga é importante no sentido de que ela é a maior causa
individual de falhas em metais.
➢ A falha por fadiga é de natureza frágil, mesmo em metais
dúcteis, no sentido de que existe muito pouca, se alguma,
deformação plástica generalizada associada com a falha
ciclo de tensões 
alternadas.
A fadiga é uma forma de falha
que ocorre em estruturas que
estão sujeitas a tensões
dinâmicas e oscilantes.
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FADIGA
TENSÕES CÍCLICAS
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FADIGA
Parâmetros que são usados para caracterizar o ciclo de
tensões oscilantes.
tensão média
intervalo de tensões
A amplitude da tensão
a razão de tensões R
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Limite de resistência à fadiga
Esse limite de resistência à fadiga representa o maior valor
de tensão oscilante que não irá causar a falha após
essencialmente um número infinito de ciclos. Para muitos
aços, os limites de resistência à fadiga variam entre 35 e
60%do limite de resistência à tração.
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Principais Resultados do ensaio 
de Fadiga
Vida em fadiga (Nf): corresponde ao número de ciclos necessários
para ocorrer a falha em um nível de tensão específico.
Resistência à fadiga (σf): em alguns materiais a tensão na qual
ocorrerá a falha decresce continuamente com o número de ciclos
(ligas não ferrosas: Al, Mg, Cu,...). Nesse caso a fadiga é
caracterizada por resistência à fadiga (σf) Que corresponde à tensão
na qual ocorre a ruptura p/ um no. arbitrário de ciclos (em geral
107-108 ciclos)
Limite de resistência à fadiga (σRf): em certos materiais (aços,
titânio,...) abaixo de um determinado limite de tensão abaixo do
qual o material nunca sofrerá ruptura por fadiga. Para os aços o
limite de resistência à fadiga (σRf) está entre 35- 65% do limite de
resistência à tração. σRf = 35-65% σm
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Fatores que Influenciam a Vida 
em fadiga
Tensão Média: o aumento do nível médio de tensão leva
a uma diminuição da vida útil
Efeitos de Superfície: variáveis de projeto (cantos
agúdos e demais descontinuidades podem levar a
concentração de tensões e então a formação de trincas)
e tratamentos superficiais (polimento, jateamento,
endurecimento superficial melhoram significativamente
a vida em fadiga)
Efeitos do ambiente: fadiga térmica (flutuações na
temperatura) e fadiga por corrosão (ex. pites de
corrosão podem atuar como concentradores de tensão)
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FLUÊNCIA
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Aspecto de ruptura por fluência
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QUESTÃO 04
FIM!