fratura dos materiais

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FALHAS NOS MATERIAIS 
I. Fratura dos Materiais (Frágil e Dúctil). 
Consiste na separação do material em 2 ou mais partes devido à aplicação de uma carga estática à 
temperaturas relativamente baixas em relação ao ponto de fusão do material. 
1. Fratura dúctil ocorre apenas após extensa deformação plástica e se caracteriza pela 
propagação lenta de trincas resultantes da nucleação e crescimento de microcavidades. 
2. Fratura frágil ocorre pela propagação rápida de trincas, acompanhada de pouca ou nenhuma 
deformação. Nos materiais cristalinos ocorre em determinados planos cristalinos chamados 
planos de clivagem ou ao longo dos contornos de grão. 
 
1. Fratura dúctil por coalescimento de microcavidades: 
 
Um material convencional possui um grande número de heterogeneidades microestruturais que 
podem atuar como sítios de nucleação de cavidades. 
A observação detalhada da superfície de fratura causada por este mecanismo com microscópio 
eletrônico de varredura revela a presença de alvéolos, que são os remanescentes das cavidades 
nucleadas. 
O colapso plástico se desenvolve nas fronteiras das microcavidades levando à ruptura gradual e 
contínua do material. (Exemplo: cobre, prata) 
 
 
Figura: Fratura dúctil, Em A: a- formação do pescoço, b- formação de cavidades, c- coalescimento das 
cavidades para promover uma trinca ou fissura, d- formação e propagação da trinca, e- rompimento do 
material por propagação da trinca. Em B: Fratura após ensaio de tração. 
 
2. Fratura frágil por clivagem: 
 
A fratura frágil em geral é aproximadamente perpendicular à tensão de tração aplicada e produz uma 
superfície relativamente plana e brilhante. 
Nos materiais cristalinos corresponde à quebra sucessiva das ligações atômicas ao longo de um plano 
cristalográfico característico, chamado plano de clivagem. 
Este modo de fratura é característico de metais que apresentam algum impedimento para o 
escorregamento de discordâncias, metais com alta resistência mecânica (Níquel e ligas metálicas 
contendo níquel). 
 
A
B
2 
 
 
Figura 2: Aspecto da fratura frágil (Material frágil submetido ao ensaio de tração.) 
Assim, sabemos que todos os materiais se rompem quando submetidos a um carregamento no 
qual a tensão seja maior que aquela da sua resistência mecânica. Contudo, o comportamento ao 
longo desse processo pode classificar os materiais em dois grandes grupos: há os que fraturam sem 
‘ceder’ e os que ‘cedem’ nitidamente antes de se fraturar. Ao primeiro grupo denominamos materiais 
frágeis (que apresentam fratura frágil) e, ao segundo, materiais dúcteis. O vidro é um exemplo típico 
de material frágil e o cobre, um exemplo de material dúctil (a ductilidade está associada à capacidade 
que um material apresenta, de ser transformado em fios). Uma boa maneira para se observar a 
diferença no comportamento entre os materiais é submetendo-os a um ensaio de tração. 
II. Fluência: 
 Fluência é a deformação plástica que ocorre em materiais sujeitos a tensões constantes, a 
temperaturas elevadas. 
 Então, fluência é definida como a deformação permanente, dependente do tempo e da 
temperatura, quando o material é submetido a uma carga constante, ocorre devido à presença 
de defeitos na estrutura cristalina dos materiais. 
Este tipo de deformação é muito comum em materiais que são colocados em serviço a temperaturas 
elevadas e a tensões mecânicas estáticas, tal como os rotores de turbinas em aviões e geradores a 
vapor. Sem temperatura não existe fluência.Turbinas de jatos, geradores a vapor. 
É muitas vezes o fator limitante na vida útil da peça. 
Torna-se importante, para metais a temperaturas de »0,4Tf (4 vezes a temperatura de fusão em 
Kelvin) 
FATORES QUE AFETAM A FLUÊNCIA: a) temperatura, b) módulo de elasticidade, c) tamanho de 
grão Em geral: Quanto maior o ponto de fusão, maior o módulo de elasticidade e maior é a 
resistência à fluência. Quanto maior o tamanho de grão maior é a resistência à fluência. 
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Figura 3: Dano por fluência em tubo de caldeira 
Na Figura 3 tem-se, no alto à esquerda, um pedaço de tubo trincado por fluência, do qual 
foram retiradas amostras para análise de falha. As micrografias mostram as três fases de vida em 
problemas de fluência: à esquerda apresenta-se a microestrutura de uma região boa do material, no 
centro a micrografia de uma região à meia vida e por fim a micrografia de material próximo da 
região trincada. 
Nessa figura também é apresentada a clássica curva de vida de dano por fluência, ou curva de 
Neubauer. As regiões II e III caracterizam a meia vida e fim de vida, correspondentes às micrografias 
do meio e à direita, respectivamente. 
 
III. Fadiga: 
Processo que causa falha prematura ou dano permanente a um componente sujeito a 
carregamentos repetitivos (cíclicos). 
Ocorre em estruturas que estão sujeitas a tensões dinâmicas e oscilantes, tais como pontes, 
aeronaves e componentes de máquinas. 
O termo “fadiga” é usado, porque esse tipo de falha ocorre normalmente após um longo 
período de tensões repetitivas ou ciclos de deformação. A fadiga é importante no sentido em que ela 
é a maior causa individual de falhas nos metais, representando aproximadamente 90% de todas as 
falhas de metais. Os polímeros e os cerâmicos (exceto os vidros) também são suscetíveis a esse tipo 
de falha. O fenômeno de fadiga é catastrófico e traiçoeiro, ocorre muito repentinamente e sem 
qualquer prévio aviso. 
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Figura 4: Exemplo fadiga: Mola de suspensão de automóvel. Carga máxima com 50 ciclos por dia, vida útil de 
10 anos → 2x10
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 ciclos. 
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. 
Esse processo ocorre em 3 etapas: 
• 1-Nucleação de uma fissura em alguma irregularidade (ponto de concentração de tensões). 
• 2- Propagação da fissura 
• 3- Ruptura catastrófica quando se atinge o KIc (Fator de intensidade de tensão) do material 
 
A Figura 5 mostra uma representação esquemática da superfície de fratura de um componente 
que falhou por fadiga. Nota-se na figura o ponto de iniciação da trinca, costumeiramente na 
superfície, seguida de uma região de propagação da falha, onde estão presentes as chamadas“marcas 
de praia”. Por fim, nota-se a região de ruptura catastrófica, a qual ocorre no momento em que a 
trinca atinge um tamanho crítico para os níveis de tensão presentes. 
 
 
Figura 5: Representação das superfícies características de uma fratura em fadiga, com distinção da nucleação, 
propagação e instabilidade da trinca.