Fadiga livro Met. Fís. e Mec. Apl1 (1)
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líquido devido à concentração de 
tensão, presença de um cordão 
de solda inadequado e a 
operação inadequada (impactos).
MÓDULO QUATRO \u2013 Resistência Mecânica 
 
 
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A clivagem é um tipo de fratura frágil que pode ser definida pela rápida propagação de uma 
trinca ao longo de um plano cristalográfico particular. Clivagem tem caráter frágil, mas ela pode 
ser precedida por uma deformação plástica, que pode ser grande ou não. Os planos de 
clivagem preferenciais são aqueles onde existem ligações mais fracas, como o caminho da 
fratura é transgranular em materiais policristalinos, a propagação da trinca muda de direção 
cada vez que ela cruza um contorno de grão, conforme mostrado na Figura 2.20. As facetas de 
clivagem vistas através de grãos apresentam \u201calta\u201d refletividade, que dá à superfície de fratura 
um aspecto brilhante. 
 
 
Figura 2.20 \u2013 Representação esquemática da propagação de uma clivagem transgranular. 
Em geral, a clivagem é característica de metais duros, resistentes e sensíveis ao entalhe, 
serem frágeis, embora são feitas pesquisas no sentido de melhorar a performance destes 
materiais sem o perigo de ocorrer fratura frágil. Outros metais (ligas) comuns, particularmente 
aço baixo-carbono e médio-carbono, que são muito utilizados na indústria, são geralmente 
considerados dúcteis e são normalmente utilizados em situações onde se deseja certa 
plasticidade aos mesmos. 
No entanto, sob certas combinações de circunstâncias, estes aços normalmente dúcteis podem 
ser fraturados de maneira totalmente frágil. Este comportamento completamente não previsto 
tem sido, principalmente no passado, a causa de muitas falhas catastróficas. Também, não é 
necessário ter alto nível de carregamento na estrutura; fratura frágil pode ocorrer com apenas 
tensão residual (Figura 2.1), com nenhum tipo de carga, ou com qualquer combinação de 
tensões aplicadas e residuais. A Figura 2.21 mostra, por exemplo, as curvas de transição 
dúctil-frágil de aços utilizados. 
Alguns aspectos macroscópicos da fratura frágil, que são característicos, facilitam a 
identificação desta falha e conseqüente determinação do seu ponto de origem. As figuras 2.22 
a 2.24. A fratura frágil de metais extremamente duros, com grãos finos, usualmente apresenta 
pouca ou nenhuma marca visível na superfície de fratura. Nestes casos, pode ser muito difícil 
localizar a origem do trincamento. A fratura frágil usualmente propaga-se por clivagem e/ou de 
maneira intergranular. Em muitos casos é necessário visulizar a fratura pelo MEV. 
A fratura frágil causada pela presença de uma transição dúctil-frágil em alguns materiais 
(Figura 2.21) ocorreu primeiramente em estruturas grandes, vasos de pressão, tanques, tubos, 
navios, pontes e outras estruturas unidas por soldagem. Este tipo foi um sério problema 
durante a 2a Guerra Mundial quando mais de 250 navios trincaram ou foram fraturados, onde 
19 deles sofreram fraturas completas. 
 
 Cap. 2 \u2013 Fratura dos metais 
 
 
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Figura 2.21 \u2013 Curvas de transição dúctil-frágil do aço utilizado para a produção do casco do navio Titanic 
e de aços atualmente utilizados para este fim (Practical Failure Analysis v1 n2 p34). 
 
 
Figura 2.22 \u2013 \u201cMarcas de rio\u201d em superfícies de fratura frágil indicando os pontos de origem de trincas. 
 
Figura 2.23 \u2013 Representação esquemática de uma fratura frágil destacando a origem do trincamento; 
marcas em V. 
MÓDULO QUATRO \u2013 Resistência Mecânica 
 
 
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(a) (b) 
(c) 
Figura 2.24 \u2013 Morfologias de fratura frágil indicando os pontos de origem do trincamento e presença 
marcante da zona radial 
A Figura 2.25 e 2.26 mostra, os resultados de ensaios de impacto onde nota-se a mudança no 
aspecto de fratura em função da temperatura de ensaio. 
 
(a) (b) 
Figura 2.25 \u2013 Representação esquemática do efeito da temperatura na tenacidade de metais que 
exibem transição dúctil-frágil (a); efeito da taxa de carregamento (b). 
 Cap. 2 \u2013 Fratura dos metais 
 
 
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Figura 2.26 \u2013 Superfícies de fratura de CP´s Charpy de um mesmo aço testados a várias temperaturas. 
2.3 \u2013 Fator de concentração de tensão 
O fator de concentração de tensão Kt descreve o efeito da geometria da trinca no nível de 
tensão local na ponta da trinca. Este fator aumenta com o comprimento da trinca e com o 
decréscimo do raio da trinca. Assim, se o componente estrutural possuir uma distribuição de 
defeitos, deve-se manter o seu tamanho tanto menor quanto for possível. Uma maneira de 
controlar a existência de defeitos consiste na inspeção periódica do componente, com a troca 
de alguma parte que possua trincas de tamanho perigoso. Por outro lado, se uma trinca se 
desenvolveu no componente, a severidade relativa da concentração de tensão pode ser 
reduzida através do corte de uma cavidade mais suave na ponta da trinca. 
Existem manuais padronizados que descrevem como varia Kt com a configuração da trinca e 
do componente estrutural, como por exemplo, aquela publicado por Peterson (1974). Pode-se 
observar que Kt sempre aumenta quando existe uma grande alteração da seção transversal do 
componente e/ou quando o associado raio de concordância for pequeno. O anexo A13 ilustra 
alguns dos vários ábacos disponíveis com fatores de concentração de tensão, assim como a 
figura 2.27. 
Para um material com comportamento completamente linear elástico a presença de um 
concentrador de tensão afeta drasticamente a sua resistência à fratura. A resistência à fratura 
de um material deste tipo decresce com a elevação de Kt. Já para um material com 
comportamento elástico e plástico a presença do concentrador de tensão é sempre 
MÓDULO QUATRO \u2013 Resistência Mecânica 
 
 
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minimizada, devido ao escoamento plástico que ocorre na região à frente da ponta da trinca. 
Nesta situação, a trinca fica embotada, e a severidade do concentrador de tensão é diminuída. 
 
 
 
Figura 2.27 \u2013 Fator de concentração de tensões para diversas geometrias. 
 
 Cap. 2 \u2013 Fratura dos metais 
 
 
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Figura 2.27 (continuação) \u2013 Fator de concentração de tensões para diversas geometrias. 
2.4 \u2013 Efeito de um concentrador de tensões agudo (entalhe) 
Para um corpo de prova entalhado, quando se atinge o limite de escoamento o material na 
seção reduzida tende a se deformar plasticamente na direção paralela ao eixo de aplicação do 
carregamento. Admitindo a conservação de volume, o material na raiz do entalhe se contrai, 
mas é constrito pelo volume do corpo que ainda experimenta deformação elástica. 
O desenvolvimento de tensões de tração nas duas outras direções principais - as tensões de 
constrição - implica no aumento da tensão axial para iniciar a deformação plástica do corpo de 
prova. Quanto mais profundo for o entalhe, maior será a constrição e, consequentemente, 
maior a tensão para deformar a amostra. Desta forma, o limite de escoamento de um corpo de 
prova entalhado deverá ser superior ao limite de escoamento de um corpo de prova liso. Trata-
se do efeito de endurecimento pelo entalhe. 
O fenômeno de endurecimento pelo entalhe não ocorre com todos os materiais. Um material 
com limitada capacidade para deformação plástica, como um aço martensítico AISI 4340, 
apresenta uma diminuição do seu limite de escoamento com o aumento da profundidade do 
entalhe, devido ao aumento na magnitude do concentrador de tensão. Em outras palavras, este 
material vai amolecer pelo entalhe. Somente um material dúctil, como os aços baixo carbono e 
as ligas de alumínio, terão o seu limite de escoamento aumentado com o aumento da 
profundidade do entalhe, como resultado da elevação da constrição plástica. 
Se por um lado a presença de um entalhe pode endurecer o material, por outro lado aumenta-
se a tendência para uma fratura frágil deste material, devida aos seguintes fatores : 
\u2022 pela produção de elevadas tensões localizadas; 
\u2022 pela introdução de um estado triaxial de tensões de tração; 
\u2022 pela produção de um elevado endurecimento localizado por deformação e 
trincamento;