Fadiga livro Met. Fís. e Mec. Apl1 (1)

de tensões. 
Aspectos 
microscópicos: 
• grande mobilidade de discordâncias - flexibilidade de deslizamento;
• criação de microcavidades, a partir da quebra de inclusões 
decoesão interfacial partícula-matriz; 
• quando a capacidade para encruamento é exaurida, o 
empescoçamento inicia-se, e as tensões triaxiais resultantes 
causam a extensão lateral das microcavidades, ocorrendo o 
coalescimento e a formação de uma trinca central. 
Fractografia: 
• superfície com cavidades hemisféricas ou parabólicas, conhecid
como dimples; 
• tipos de ruptura: normal, por cisalhamento, por rasgamento; 
• fratura tipo: “taça-cone” ou “copo-cone”; 
• fratura tipo: “aresta de faca”. 
 
A Figura 2.13 ilustra esquematicamente as etapas de iniciação, crescimento e coalescência de 
microcavidades no vértice de uma trinca pré-existente. Quando uma estrutura trincada é 
carregada, o estado de tensão e deformação no vértice da trinca torna-se suficiente para 
nuclear vazios. Os vazios crescem quando ocorre o embotamento de trinca, e eventualmente 
eles são unidos a uma trinca principal. Com a continuidade deste processo, tem-se o 
crescimento de trinca. 
 
 Cap. 2 – Fratura dos metais 
 
 
391
 
Figura 2.13 - Representação esquemática do mecanismo de crescimento de trinca para uma fratura 
dúctil. 
As figuras 2.14 (a,b,c,) e 2.15 (a,b) apresentam a formação de uma superfície de fratura dúctil 
sob diferentes modos de aplicação de cargas. Nota-se na Figura 2.14 (a) que os vazios 
formados (dimples) apresentam aspecto equiaxial (são chamados de dimples normais) em 
função do modo de carregamento. No entanto, na Figura 2.14 (b,c) eles aparecem alongados. 
A Figura 2.15 mostra dimples obtidos por cisalhamento, em diferentes aumentos. 
Quando uma trinca cresce, em um material, por coalescimento de microcavidades, a trinca 
exibe um efeito de tunelamento (tunneling), onde ela cresce mais rápido no centro do material, 
devido ao estado triaxial de tensão desenvolvido nesta região. Esta variação de tensão pode 
produzir a zona cisalhante (shear lips), onde o crescimento da trinca próximo à superfície 
ocorre com um ângulo em torno de 45o em relação ao eixo de carregamento, como mostrado 
na Figura 2.16. 
Na prática, os metais geralmente contêm uma grande quantidade de fases dispersas. Estas 
podem ser de partículas muito pequenas (1 a 20 nm) tais como o carbonetos de elementos de 
liga, partículas de tamanho intermediário (50 a 500 nm) tais como compostos de elementos de 
liga (carbonetos, nitretos, carbonitretos) em aços, ou partículas dispersas tais como Al2O3 
(alumina) em alumínio e ThO2 em níquel. 
Se partículas de uma segunda-fase são frágeis e a matriz é dúctil, elas não serão capazes de 
acomodar a grande deformação plástica da matriz, e conseqüentemente estas partículas serão 
fragilizadas no início da deformação plástica. Quando a interface partícula/matriz for muito 
fraca, a separação interfacial ocorrerá. Em ambos os casos, microcavidades são nucleadas a 
partir destes sítios. Geralmente, os vazios são nucleados a partir de pouca percentagem de 
deformação plástica, enquanto que a separação final pode ocorrer em torno de 25%. 
As microcavidades crescem com o deslizamento, e o material entre as cavidades pode ser 
visualizado como uma pequena parte do material sob esforço trativo. O material entre os vazios 
sofre estricção em uma escala microscópica, onde os vazios são unidos, promovendo o 
fenômeno de coalescimento. Este mecanismo de iniciação, crescimento e coalescência de 
microcavidades dá uma superfície de fratura com aparência característica. 
 
 
MÓDULO QUATRO – Resistência Mecânica 
 
 
392 
 
Figura 2.14 - Representação esquemática de como os dimples se apresentam em função do tipo de 
carregamento. 
(a) (b) 
Figura 2.15 - Representação esquemática de mecanismos de coalescimento de microcavidades (ruptura 
normal; ruptura por cisalhamento; ruptura por rasgamento). 
 
 Cap. 2 – Fratura dos metais 
 
 
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Figura 2.16 - Representação 
esquemática de como ocorre de 
fratura de um material com a 
evolução do trincamento. 
 
A Figura 2.17 ilustra a formação da fratura do tipo “taça-cone”, que é comumente observada 
em CPs de tração. O empescoçamento produz um estado de tensão triaxial no centro do CP, 
que promove nucleação e crescimento de vazios a partir das partículas maiores. Para esforços 
maiores, os vazios coalescem, resultando em uma fratura, onde em função do alívio de tensões 
na superfície tem-se uma região característica com aproximadamente 45o em relação ao eixo 
de tração. A região central da superfície de fratura apresenta uma aparência fibrosa, em baixos 
aumentos, mas a outra região é relativamente plana. 
 
Figura 2.17 - Representação 
esquemática de uma fratura do tipo “taça-
cone” 
 
O termo “ductilidade“ significa um material que apresenta capacidade de sofrer deformação 
plástica. Ductilidade não é uma propriedade fundamental do material, pois a deformação 
plástica antes da fratura é uma função do estado de tensão, da taxa de deformação, da 
temperatura, meio ambiente, e da história do material. Por exemplo, um aumento no grau da 
triaxialidade de tensão resulta em um decréscimo na ductilidade do material. Isto pode ser 
observado em materiais que apresentam “grandes” espessuras, onde internamente 
desenvolve-se o estado plano de deformação. A temperatura e a taxa de deformação 
MÓDULO QUATRO – Resistência Mecânica 
 
 
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apresentam efeitos contrários. Uma “alta” temperatura (ou uma “baixa” taxa de deformação) 
possibilita uma “alta” ductilidade; no entanto, uma “baixa” temperatura (ou “alta” taxa de 
deformação) proporciona uma “baixa” ductilidade. 
2.2.2 – Fratura Semifrágil 
É o tipo de fratura com características intermediárias entre dúctil e frágil. A tabela 2.2 apresenta 
quais são as suas principais características. 
Tabela 2.2 – Principais características de uma fratura semifrágil. 
Aspectos 
macroscópicos: 
• zona fibrosa 
• zona radial 
• zona cisalhante 
Aspectos 
microscópicos: 
• ruptura de ligações e mobilidade de discordâncias; 
• clivagem numa escala bem pequena e em planos não bem 
definidos. 
Fractografia: • características intermediárias entre as fraturas dúctil e frágil. 
 
2.2.3 – Fratura Frágil 
É o tipo de fratura que ocorre sem deformação plástica macroscópica, sob tensões inferiores às 
correspondentes ao escoamento generalizado, e com velocidade de propagação de trinca bem 
elevada. A Figura 2.18 e 2.19 mostram dois casos deste tipo de fratura. A tabela 2.3 descreve 
as principais características desta fratura. 
Tabela 2.3 – Principais características de uma fratura frágil. 
Aspectos 
macroscópicos: 
• zona radial: início e propagação instável da trinca 
• zona de cisalhamento a 45o 
Aspectos 
microscópicos: 
• ruptura de ligações - clivagem -, sem deformação plásti
macroscópica; 
• ocorre por uma separação direta ao longo dos planos 
cristalográficos específicos, por um simples arrancamento de 
ligações atômicas. 
Fractografia: 
• facetas de clivagem: numerosos platôs, normalmente mostrando 
um alto grau de perfeição geométrica e refletividade; 
• “marcas de rios” (river patterns): resultantes do crescimento de 
trincas simultaneamente em dois ou mais planos cristalográficos 
paralelos, juntando-se e formando-se degraus; 
• “linguas de clivagem” (tongues): formadas quando a trinca 
propaga-se, por uma distância relativamente curta, ao longo de 
um plano principal de clivagem (interface macla-matriz); 
• fratura transgranular: a trinca propaga-se pelo interior de cada 
grão; 
• fratura intergranular: fratura de baixa energia, com a trinca 
percorrendo os contornos de grão do material, principalmente 
devido a presença de partículas de segunda-fase. 
 Cap. 2 – Fratura dos metais 
 
 
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Figura 2.18 – Macrofractografia de um aço SAE 1050 com fratura frágil na superfície externa; 
carregamento: impacto. 
 
Figura 2.19 – Fratura frágil de 
um suporte de panela de metal