Notas de Aula 06 - Ensaio de Fluência

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ENSAIO DE FLUÊNCIA 
Prof. Fernando Ferreira Del Monte. 
Universidade de Franca 
Notas de Aula 6 
Frequentemente materiais são submetidos a operações por longos 
períodos sob condições de elevada temperatura e tensão mecânica 
estática. Essas condições são favoráveis a mudanças de 
comportamento dos materiais em função do processo de difusão 
dos átomos, do movimento de discordâncias, do escorregamento 
de contorno de grãos e da recristalização. 
Ensaio de Fluência: consiste na aplicação de uma carga inicial e 
constante em um material durante um período de tempo, quando 
submetido a temperaturas elevadas. 
 
O objetivo do ensaio é a determinação da vida útil do material 
nessas condições. 
 
Esse ensaio não constitui um ensaio de rotina devido ao grande 
tempo necessário para a sua realização, motivo pelo qual foram 
desenvolvidas técnicas de extrapolação de resultados para 
longos períodos e ensaios alternativos em condições severas. 
a) Esboço do aparelho utilizado para análise de fluência b) Esboço 
representativo das curvas de ensaio de fluência 
A fluência é definida como a deformação plástica que ocorre em 
função do tempo para um material submetido a uma tensão 
constante. É um fenômeno indesejável e que consiste em fator 
determinante da vida útil de um componente. 
 
A fluência ocorre em qualquer tipo de material, e particularmente no 
caso dos metais o fenômeno é influenciado pelo acréscimo da 
temperatura para valores acima de 0,4 Tfusão. 
O ensaio de fluência é executado pela aplicação de uma carga 
uniaxial constante a um corpo de prova de mesma geometria dos 
utilizados no ensaio de tração, a uma temperatura elevada e 
constante. 
 
Condições de compressão, flexão, torção e esforços cíclicos 
também podem ser empregados nos ensaios. 
Esquema do arranjo experimental e corpo de prova utilizado 
no ensaio 
O tempo de aplicação da carga é principalmente em função da 
esperada vida útil do componente que será fabricado com o 
material submetido ao ensaio. As deformações que ocorrem no 
corpo de prova são medidas em função do tempo de realização do 
ensaio e indicadas na forma de uma curva com a deformação (ε) 
apresentada na ordenada e o tempo (t) na abscissa. 
Curva típica de fluência apresentando os três estágios do ensaio 
Estágio Primário ou Fluência Primária é caracterizado por um 
decréscimo contínuo da taxa de fluência, definida como έ = dε/dt, 
isto é, a inclinação da curva diminui com o tempo. Isso ocorre em 
função do aumento da resistência à fluência provocado pelo 
encruamento, ou seja, a deformação plástica vai se tornando 
progressivamente mais difícil devido a multiplicação e interação 
das discordâncias, as quais se ancoram nos contornos de grãos 
dificultando escorregamento dos planos cristalográficos. 
 
O estágio permanece até que se estabeleça uma condição 
estacionária. A deformação instantânea (εo) observada no gráfico 
deve-se ao carregamento inicial da carga no corpo de prova. 
Estágio Secundário ou Fluência Secundária, a taxa de fluência 
é essencialmente constante e a curva apresenta-se com aspecto 
linear. Essa região de inclinação constante é explicada em função 
do equilíbrio que ocorre entre dois fenômenos atuantes e 
competitivos que são o encruamento e a recuperação. Na 
recuperação, com a temperatura mais alta, a mobilidade atômica 
aumenta e a vacância são ocupadas, discordâncias geradas devido 
à deformação plástica escalam bloqueios e também são anuladas. 
Estágio Terciário ou Fluência Terciária, ocorre uma aceleração 
na taxa de fluência, culminando com a ruptura do corpo de prova. 
O terceiro estágio ocorre principalmente para ensaios submetidos a 
cargas e/ou temperaturas elevadas. Nesse estágio tem início o 
processo interno de fratura, podendo-se citar entre a separação de 
contornos de grão, formação, coalescimento e propagação de 
trincas, conduzindo a uma redução localizada de área no corpo de 
prova e a um consequente aumento na taxa de deformação. 
a) Curvas de fluência para aços-liga sob diferentes cargas; na 
curva b não apresenta o estágio III em função da baixa carga 
aplicada. b) Curvas de fluência para Ligas de Alumínio 
a) Variação da deformação na fluência em função do tempo nos 
três estágios do ensaio. b) Taxa de deformação em função do 
tempo 
Um dos parâmetros mais importantes no ensaio de fluência, senão o 
mais importante, é a taxa mínima de fluência, que consiste na 
inclinação da curva do estágio secundário. 
 
Trata-se de um parâmetro a se considerar em projetos de 
componentes para aplicações de longa duração. 
 
Por outro lado, para componentes de vida relativamente mais curta, 
o tempo de ruptura é o parâmetro determinante. Assim, o ensaio de 
fluência pode ser dividido em ensaio de fluência (resistência à 
fluência), ensaio de ruptura por fluência (resistência à ruptura por 
fluência). 
Resistência à Fluência é definida como a tensão a uma determinada 
temperatura que produz uma taxa mínima de fluência, por exemplo, 
de 0,001 por cento/hora 
 
Resistência à Ruptura refere-se à tensão a uma determinada 
temperatura que produz uma vida até a ruptura de 100, 1000 ou 
10.000 horas. Por exemplo, uma turbina a jato, que deve apresentar 
uma taxa mínima de fluência de 0,0001%, implica uma deformação 
de 1% a cada 10.000 horas de operação. 
Informações Adicionais sobre o Ensaio de Fluência 
ASTM E139 – Temperaturas do ensaio 
 
ASTM E292 – Corpos de provas com entalhes 
 
ASTM E150 – Ensaios com altas taxas de deformação 
Recomenda-se a instrumentação do copo de prova com 
extensômetros para medir a deformação longitudinal sofrida pelo 
material em função do tempo. Para corpos de prova retangulares 
recomenda-se a fixação dos extensômetros no meio das faces em 
cada lado. No caso de materiais que apresentam alta reatividade 
em altas temperaturas, com tendência a oxidação, recomenda-se 
o emprego de atmosfera inerte ou no vácuo. 
Os principais mecanismos de deformação observados a 
temperaturas elevadas consistem em movimento de discordâncias, 
recristalização e escorregamento de contornos de grãos. O 
primeiro e o ultimo mecanismo são favorecidos com o aumento da 
temperatura. 
 
As principais etapas do processo de fratura a temperaturas 
elevadas podem ser resumidas em: formação de microcavidades 
nos contornos de grãos, principalmente e pontos triplos, aumento 
das microcavidades e formação de microtrincas, coalescimento das 
microtrincas e consequente formação de uma macrotrinca. 
A influência da tensão aplicada no ensaio, mantida a 
temperatura constante. Um comportamento semelhante pode ser 
observado para a influência da temperatura, mantendo-se a 
tensão constante e variando-se somente a temperatura dos 
ensaios. 
 
Entre os principais fatores que afetam as características das 
propriedades em fluência são citados a temperatura de fusão, o 
módulo de elasticidade e o tamanho de grão cristalino. Para 
esses parâmetros, quanto maiores seus valores, melhores as 
propriedades de resistência à fluência. 
Efeito da Tensão 
Efeito da Temperatura 
Quanto ao tamanho do grão cristalino das ligas submetidas à 
fluência, pode-se dizer que quanto maior for seu valor, melhores 
serão suas propriedades. Isso acarreta a necessidade de maiores 
tensões para que ocorra a ruptura do material, já que para altas 
temperaturas é mais significativa a deformação por escorregamento 
em contornos de grão, o que implica maiores deformações em 
materiais com granulação fina e, consequentemente, menor 
resistência à fluência.a) Fundição convencional b) solidificação unidirecional c) monocristal 
Outra forma de se aumentar a resistência à fluência em ligas 
metálicas é adicionar e controlar a precipitação de fases ou 
partículas que impeçam a movimentação das discordâncias, e, 
consequentemente, o escorregamento entre grãos cristalinos. 
 
Os materiais mais resistentes à fluência em altas temperaturas são 
uma classe particular de materiais complexos desenvolvidos para 
aplicações específicas, destacando-se os aços inoxidáveis, cujo 
principal elemento de liga é o cromo com teores acima de 11% 
Muitos polímeros também são suscetíveis à fluência quando o 
nível de tensão é mantido constante durante um determinado 
tempo. Essa característica é chamada de fluência viscoelástica, a 
qual inclui a parcela de deformação elástica, seguida de uma 
deformação viscoelástica que consiste em uma deformação 
viscosa dependente do tempo. 
 
Esse tipo de deformação nos polímeros pode ocorrer até em 
temperatura ambiente e com tensões bem menores que o limite 
de escoamento. 
Alguns estudos estão sendo realizados com a finalidade de 
analisar o comportamento de materiais cerâmicos sob 
condições de fluência, principalmente em condições de 
tensões de compressão em altas temperaturas, quando se 
observou comportamento similar aos encontrados nos metais, 
porém em níveis de temperaturas bem maiores. 
OBRIGADO !