8- Fadiga

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GRUPO DE ESTUDOS SOBRE FRATURA DE MATERIAIS 
DEMET/EM/UFOP
ENSAIOS DE FADIGA
ENSAIOS MECÂNICOS 
DE MATERIAIS
Ensaio de fadiga
Ensaios de Fadiga : objetivo
Os ensaios de fadiga têm por objetivo a
determinação da vida do material submetido a
carregamento cíclico.
Abordagens:
a) Ensaio com carga constante;
b) Ensaio com deformação constante;
c) Ensaio de propagação de trinca. 
Filosofia de 
projeto
Metodologia de 
projeto
Tipo de 
ensaio
Vida-segurança, 
vida-infinita
Tensão-Vida S-N
Vida-segurança, 
vida-finita
Deformação-Vida ε-N
Tolerância de 
danos
Mecânica de Fratura da/dN-ΔK
Ensaios de fadiga : nomenclatura utilizada 
2
minmax  m
minmax  
2



a
max
min


R
Ntotal = Ni + Np
Ensaios de fadiga : tipos
de carregamento
Ensaios de fadiga : simulação no laboratório das etapas
de trincamento
Ensaios de fadiga : equipamentos GESFRAM
 
Aplicação da carga 
Motor Contador 
de ciclos 
Garras para o CP 
CP 
Ensaio de fadiga - CDTN/CNEN
 
Aplicação da carga 
Motor Contador 
de ciclos 
Garras para o CP 
CP 
Ensaios de fadiga : abordagem pela curva de Wöhler 
fa NDC log  Bfa NA
ASTM E 466-96
Standard Practice for Conducting Force Controlled Constant 
Amplitude Axial Fatigue Tests of Metallic Materials
Objetivo:
Esta norma tem por objetivo a realização de ensaios de
fadiga com controle de carga em materiais metálicos, na
temperatura ambiente e no ar, no regime de fadiga onde as
deformações são predominantemente elásticas.
ASTM E 466-96
Standard Practice for Conducting Force Controlled Constant 
Amplitude Axial Fatigue Tests of Metallic Materials
Projeto dos corpos-de-prova
5,08mm < D < 25,4mm
R > 8 D
L = 2 a 3 D
R > 8 W
2 < W/T < 6
L = 2 a 3 W
ASTM E 466-96
Standard Practice for Conducting Force Controlled Constant 
Amplitude Axial Fatigue Tests of Metallic Materials
Projeto dos corpos-de-prova
R > 8 D
L > 3 D
R > 8 W
2 < W/T < 6
L = 2 a 3 W
ASTM E 466-96
Standard Practice for Conducting Force Controlled Constant 
Amplitude Axial Fatigue Tests of Metallic Materials
Projeto dos corpos-de-prova
ASTM E 468-90 (reaprovado em 1998)
Standard Practice for Presentation of Constant 
Amplitude Fatigue Tests Results for Metallic Materials
Objetivo:
Esta norma estabelece informações mínimas desejáveis entre o
executor dos ensaios de fadiga e o cliente.
Informações:
a) Propriedades mecânicas do material.
b) Metalografia.
c) Características dos corpos-de-prova.
d) Características do ensaio de fadiga.
e) Resultados obtidos no ensaio de fadiga.
ASTM E 468-90 (reaprovado em 1998)
Standard Practice for Presentation of Constant 
Amplitude Fatigue Tests Results for Metallic Materials
Exemplo de apresentação de resultados
ASTM E 468-90 (reaprovado em 1998)
Standard Practice for Presentation of Constant Amplitude Fatigue 
Tests Results for Metallic Materials
Exemplo de apresentação de resultados
ASTM E 468-90 (reaprovado em 1998)
Standard Practice for Presentation of Constant Amplitude Fatigue 
Tests Results for Metallic Materials
Exemplo de apresentação de resultados
ASTM E 468-90 (reaprovado em 1998)
Standard Practice for Presentation of Constant Amplitude Fatigue 
Tests Results for Metallic Materials
Exemplo de apresentação de resultados
ASTM E 468-90 (reaprovado em 1998)
Standard Practice for Presentation of Constant 
Amplitude Fatigue Tests Results for Metallic Materials
Exemplo de corpo-de-prova
Fadiga
Corpos-de-Prova
Determinação da curva de fadiga e do limite de fadiga:
proposta da Japan Society of Mechanical Engineers – 1981.
Determinação do limite de fadiga:
Método “staircase” ou “up-and-down”.
Aço AISI/SAE 4340 –
Aplicação: eixo de spindle de 
laminador.
Aço AISI/SAE 4340 – Efeito de entalhe. Aplicação: eixo de spindle de laminador.
10
3
10
4
10
5
10
6
10
7
10
8
0
200
400
600
800
1000
1200
 m
ax
 (
M
P
a)
N
F
 (ciclos)
 sem entalhe
 entalhe em U
 entalhe em V
Curvas S x N para aços inoxidáveis. Aplicação: tanque de combustível de automóveis.
10
5
10
6
10
7
200
400
600
 Aço Pb L
 Aço Al L
 Aço 439 L
 Aço 304 L
Te
ns
ão
 m
áx
im
a 
(M
P
a)
N
f
 (ciclos)
10
4
10
5
10
6
10
7
10
8
250
300
350
400
450
500
S
m
áx
 (
M
P
a)
N
f
 (ciclos)
 409A
 430E
 439A
 441A
 F17T
Curvas S x N para aços inoxidáveis. Aplicação: sistema de escapamento de automóveis
log (Nf) = A - B log (Smáx - C)
Ensaios de fadiga-corrosão.
 
300
320
340
360
380
400
420
440
460
100000 1000000 10000000
Nf (cycles)
 m
ax
 (M
Pa
)
16Cr4Nb_AF 16Cr4Nb_CF 16Cr5Ti_AF 16Cr5Ti_CF
17Cr2Ti2Nb_AF 17Cr2Ti2Nb_CF 18Cr1Ti6Nb_AF 18Cr1Ti6Nb_CF
Degradação por fadiga-corrosão de aços inoxidáveis ferríticos.
Ensaios de fadiga térmica.
Témpérature x Temps - Nuance 441A 
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
1000
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200 1300 1400 1500 1600
Temps (s)
Té
mp
éra
tur
e (
oC
) Effort x Témpérature _ Nuance 441A (pendant 7 cycles)
-10
-8
-6
-4
-2
0
2
4
6
8
10
12
0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600 650 700 750 800 850 900 950
Témpérature
Ef
for
t (d
aN
)
0
5
10
15
20
0 2000 4000 6000 8000 10000 12000
Numero de ciclos
Força em 250
o
C
(daN)
ciclo 6443 ciclo 6088
ciclo 4623 ciclo 3500
ciclo 1701
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000
Numero de ciclos
Força em 250°C
(daN)
ciclo 9360 ciclo 10707
ciclo 6000 ciclo 3500
ciclo 1700
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000
Numero de ciclos
Força em 250°C
(daN)
ciclo 1700 ciclo 850
ciclo 4285 ciclo 4321
ciclo 3500
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000
Numero de ciclos
Força em 250°C
 (daN)
ciclo 7718 ciclo 7201
ciclo 6000 ciclo 3500
ciclo 1700
16Cr4Nb 16Cr5Ti
17Cr2Ti2Nb
18Cr1Ti6Nb
10
3
10
4
10
5
10
6
10
7
10
8
400
500
600
700
800
900
1000
1100
1200
Aço AISI-4140
R = 0,3
2
1
1
1
Equação de melhor adjuste:
Log N = 13,92 - 3,42 Log (S
máx
 - 486)
 
 
Te
ns
ão
 M
áx
im
a,
 S
 m
áx
, [
 M
P
a 
]
Vida em Fadiga, [ N ]
Aço AISI/SAE 4140. Aplicação: parafusos de bomba de mineroduto.
Aço AISI/SAE 4140 – efeito de têmpera e revenido. Aplicação: parafusos de bomba de mineroduto.
10
2
10
3
10
4
10
5
10
6
10
7
10
8
40
50
60
70
80
90
100
P
m
ax
 (
 %
 P
LR
 )
N
f
 (ciclos)
 4140 tt1
 4140 tt2
 4140 tt3
 4140 tt1 c/e
 4140 tt4
Vida em fadiga de aço C-Mn, de aço C-Mn-Nb e de aço bainítico. Aplicação: roda de automóvel.
10
5
10
6
10
7
200
300
400
500
600
700

m
ax
 (
M
P
a)
N
f
 (ciclos)
 Bainítico
 C-Mn-Nb
 C-Mn
10
3
10
4
10
5
10
6
10
7
10
8
10
9
400
450
500
550
600
Vida infinita

LR

LR
2
1
3
5
2
5

m
áx
 (
M
P
a)
N
f
 (ciclos)
 Cr entrega
 Si entrega
Vida em fadiga de aços bifásicos ao Cr e ao Si. Aplicação: roda de automóvel.
Ensaios de fadiga : abordagem pelas curvas de 
Coffin/Manson
    
    t e p f f b f f cE N N2 2 2 2 2   
ASTM E 606-92 (reaprovada em 1998) Standard Practice for 
Strain-Controlled Fatigue Testing
Objetivo:
Esta norma tem por objetivo a realização de ensaios de
fadiga com controle de deformação em materiais metálicos,
na temperatura ambiente e no ar.
ASTM E 606-92 (reaprovada em 1998) Standard Practice for 
Strain-Controlled Fatigue Testing
Projeto dos corpos-de-prova
ASTM E 606-92 (reaprovada em 1998) Standard Practice for 
Strain-Controlled Fatigue Testing
Projeto dos corpos-de-prova
ASTM E 606-92 (reaprovada em 1998) Standard Practice for 
Strain-Controlled Fatigue Testing
Projeto das garras
ASTM E 606-92 (reaprovada em 1998) Standard Practice for 
Strain-Controlled Fatigue Testing
Projeto do extensômetro
Ensaios de fadiga : abordagem
pelas curvas de
Coffin/Manson
Ensaios de fadiga : aplicação da Mecânica de Fratura
 
da
dN
C K
m
 1
1
1 10
1E-81E-7
1E-6
1E-5
1E-4
1E-3
0,01
da
/d
N
 (
m
m
/c
ic
lo
)
K (MPa.m
1/2
)
 Aço USISAC-50
 Al-7475 T7351
 Aço PH 13-8-Mo
 Inconel 600
 Aço dual-phase Cr
 Aço inox 444
 Al-2024 T351
ASTM E 647-00
Standard Test Method for Measurement of 
Fatigue Crack Growth Rates
Projeto dos corpos-de-prova
ASTM E 647-00
Standard Test Method for Measurement of 
Fatigue Crack Growth Rates
Projeto dos corpos-de-prova
C(T)
ASTM E 647-00
Standard Test Method for Measurement of 
Fatigue Crack Growth Rates
Projeto das garras, para C(T)
ASTM E 647-00
Standard Test Method for Measurement of 
Fatigue Crack Growth Rates
Projeto dos corpos-de-prova
M(T)
ASTM E 647-00
Standard Test Method for Measurement of 
Fatigue Crack Growth Rates
Projeto de garras
M(T)
Determinação da carga máxima de ciclagem, a partir do tamanho
de trinca inicial e final do ensaio de fadiga.
ASTM E 647-00
Standard Test Method for Measurement of 
Fatigue Crack Growth Rates
Corpo de prova C(T) 
com clip on gage.
Gráfico carga aplicada versus COD. Note a 
mudança de inclinação da reta, à medida 
que aumenta o número de ciclos.
Intervalos de determinação do tamanho de trinca
ASTM E 647-00
Standard Test Method for Measurement of 
Fatigue Crack Growth Rates
C(T)
M(T)
Relação entre flexibilidade elástica
(compliance) e tamanho de trinca,
para um corpo-de-prova C(T).
Cálculo do comprimento de trinca pelo método da compliance, C(T)
ASTM E 647-00: Standard Test Method for Measurement of 
Fatigue Crack Growth Rates
Cálculo da velocidade da trinca e da força motriz; C(T); (a/W) > 0,2
ii
ii
NN
aa
dN
da





1
1
 
 
 
W
af
W
a
W
a
WB
P
K









2
3
1
2
         432 6,572,1432,1364,4886,0
W
a
W
a
W
a
W
a
W
af 
  00 exp aaCKK nn 
ASTM E 647-00
Standard Test Method for Measurement of 
Fatigue Crack Growth Rates
Cálculo da velocidade da força motriz; M(T)
ASTM E 647-00
Standard Test Method for Measurement of 
Fatigue Crack Growth Rates
Fadiga
Corpos de Prova
Ensaios de fadiga : aço inoxidável AISI-439 
4,0x10
6
6,0x10
6
8,0x10
6
1,0x10
7
1,2x10
7
22
23
24
25
26
27
28
a 
(m
m
)
N (ciclos)
 Aço AISI/SAE 439
 Região I
16400000 16500000 16600000
28
30
32
34
36
38
a 
(m
m
)
N (ciclos)
 Aço AISI/SAE 439
 Regiões II e III
10 100
1E-7
1E-6
1E-5
1E-4
1E-3
0,01
Região III de 
propagação de trinca
Região II de 
propagação de trinca
Região I de 
propagação de trinca
da
/d
N
 (m
m
/c
ic
lo
)
K (MPa.m
1/2
)
 Aço AISI/SAE 439
10 100
1E-8
1E-7
1E-6
1E-5
1E-4
1E-3
0,01
0,1
 DP-Cr TL R=0.1
 DP-Cr TL R=0.3
 DP-Cr TL R=0.6
da
/d
N
 (m
m
/c
yc
le
)
K (MPa.m
1/2
)
Ensaio de propagação de trinca de fadiga em 
um aço bifásico. Aplicação: rodas de 
automóveis.
 
da
dN
f K





  
0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0
4
6
8
10
12
 DP-Cr TL
K
th
 (M
P
a.
m
1/
2 )
R
Ensaio de propagação de trinca de 
fadiga em aços bifásicos. Efeito de 
pré-deformação e de tratamento 
térmico BH. Aplicação: rodas de 
automóveis.
Ensaio de propagação de trinca de fadiga em ligas de alumínio. Aplicação: indústria aeronáutica.
Ensaio de propagação de trinca de fadiga em 
liga de alumínio. Efeito de estiramento e shot 
peening. Aplicação: indústria aeronáutica.
Ensaio de propagação de trinca de fadiga em superliga de níquel. Aplicação: indústria nuclear.
Aplicação de alguns modelos empíricos de previsão da propagação de trinca de fadiga numa 
liga de alumínio Al-7475. Aplicação aeronáutica.
1 10 100
1E-7
1E-6
1E-5
1E-4
1E-3
0,01
0,1
1
da
/d
N
 (
m
m
/c
ic
lo
s)
K (MPa.m
1/2
)
 Al-7475 T7351 R=0,1
 Paris
 Forman
 Elber
 Priddle
 Collipriest
 Walker
 Hall
 NASGRO
Aplicação de alguns modelos empíricos de previsão da propagação de trinca de fadiga numa 
liga de aço inox PH 13 8Mo. Aplicação aeronáutica.
1 10 100
1E-8
1E-7
1E-6
1E-5
1E-4
1E-3
0,01
0,1
1
da
/d
N
 (
m
m
/c
ic
lo
)
K (MPa.m
1/2
)
 Aço inox PH 13 8Mo R=0,1
 Paris
 Forman
 Elber
 Priddle
 Walker
 Hall
 NASGRO
 Collipriest