AARE slide aula parte II

Prévia do material em texto

Fratura -Fadiga – Fluência
Mecânica da fratura
Tipos de Fratura- Critérios:Dúctil-Frágil / Cisalhamento-
Clivagem / Transgranular- Intergranular
Fratura
Fratura Dúctil
Resistência teórica de um material
Trincas: interna e superficial
Trinca: O Fator Concentrador de Tensões ( Kt)
Kt = σmax /σ0 = 2 ( c/ρ) 1/2
Presença de trincas
O fator intensidade de Tensão : 
K=Yσ π𝑐
Modos de carregamento
Tenacidade à Fratura (K1c)
Projeto-Aplicação
Exemplos
• 1.- Determine a resistência coesiva teórica de uma fibra de sílica que tem um módulo elástico de 
95 GPa, uma energia de superfície de 1 J. m -2. e um parâmetro de rede de 0,16 nm. 
• σm = ( Eγs/ a0) 
½
, [ Resposta : 24 GPa]
• 2.- Calcule a tensão de fratura de um material frágil que tem um modulo de elasticidade de 100 
GPa, uma energia de superfície de 1 J. m -2 e um defeito (trinca) com um tamanho c = 2,5μm .
•σf = (Eγs/ 4c) 
½.
[Resposta: 100 MPa]
• 3.-Determine o comprimento máximo de uma trinca interna de um componente fabricado com 
uma liga de Ti- 6Al- 4V., que é submetida a uma tensão equivalente à metade da sua tensão de 
escoamento Para esta liga Y = 1,5 , tensão de escoamento 910 MPa, e tenacidade à fratura 55 
MPa 𝑚.
•KIc = Y σ π𝑐 . [Resposta : 0,0041 mm.].
Ensaios de Impacto
Charpy
FADIGA
Fadiga
• Parâmetros:
• Tensão média:
• σmed = (σmax + σmin)/2
• Intervalo de tensões:
• σr = (σmax –σmin)
• Amplitude de tensões:
• σs = σr /2
• Relação de tensões:
• R = σ min/σmax
Fadiga
Fadiga
Fadiga
Fratura por Fadiga:
curva 3 Etapas
Fórmula
𝑁
=
2 𝑎𝑐
2−𝑛
2 − 𝑎𝑖
2−𝑛
2
2 − 𝑛 𝐶 𝑌𝑛 ∆𝜎𝑛 . 𝜋
𝑛
2
Log (da/dn) =Log C + m log(ΔK)
Fadiga estágio II da etapa 2 Linerar: (da/dn ) = C (ΔK)m
Mecanismo no estágio II
Superficie da fratura por fadiga
Exemplo
• Um componente fabricado de uma chapa de aço se encontra exposto 
a ciclos de tensão e compressão de magnitudes de 100 MPa e 50 
MPa respectivamente.. Antes de ser submetido a este ciclo de 
tensões foi detectado no material uma trinca inicial superficial de 
2mm. Determine a vida em fadiga de esta chapa se a tenacidade a 
fratura em deformação plana é 25 MPa 𝑚. e os valores das 
constantes na equação (da/dn) = C (ΔK) m, são: m=3 e C= 1x 10 -12. 
e para este material Y = 1.
Solução
Na equação Nf: 
A0 = 2mm = 0.002m
m= 3 e C = 1x10 -12.
σmax = (Δσ) = 100 Mpa. ( se considera só o máx de tensão).
ac = 1/π ( Kic/σY) 
2 = 1/π (25/100x1)2 = 0,02m
Com estes valore: 
N = 5,2 x 10 6 ciclos.
Fluência
Fluência
Efeito da Tensão e temperatura
Fluência
Fluência: extrapolação de dados
Mecanismos de fluência
• Mecanismos de deformação por fluência:
• I.- Dislocations Glide (deslizamento/movimento de discordâncias)
• II.-Dislocations Creep ( ativação térmica/escalagem)
• III.- Diffusion creep ( Difusõa por lacunas induzida por tensão)
• Iv.- Grai boundary sliding (escorregamento nos contornos de grão).
• Mudanças estruturais durante a fluência:
• A.- Deformação por deslizamento.
• B.-Formação de subgrãos
• C .- Escorregamento de contornos de grão.