Slide sem ttulo

CAPTULO 2

FADIGA DOS METAIS

1. Introduo

As solicitaes dinmicas so as mais frequentes em rgos de mquinas e em grande nmero de estruturas soldadas. As solicitaes dinmicas podem provocar um tipo de ruptura conhecida por fadiga, que a maior causa de runa de estruturas submetidas a esforos mecnicos e que trabalham na zona da temperatura ambiente.

A fadiga de um metal define-se como um fenmeno de enfraquecimento progressivo de um metal quando este est submetido a cargas dinmicas ou repetidas.

Os primeiros estudos conhecidos sobre fadiga enquadram-se na indstria ferroviria dos anos 1840, pelo engenheiro Wohler.

Os objectivos dos estudos desenvolvidos so:

a) Desenvolvimento de materiais econmicos, possuindo a mxima resistncia fadiga.

b) Desenvolvimento de mtodos de concepo e clculo de estruturas sujeitas fadiga.

Assuntos a desenvolver neste captulo de interesse para o projetista e utilizador:

- caracterizao microscpica e macroscpica do processo de fadiga- definies fundamentais dos ciclos de tenso-deformao- ensaios de fadiga- curvas bsicas de tenso-nmero de ciclos de rotura (curvas S-N)- fadiga oligocclica- parmetros do processo de fadiga, melhoria da resistncia fadiga- fadiga a amplitude de carga varivel- dimensionamento fadiga para tenses simples e combinadas em peas simples- aplicao da mecnica da fratura

1.1 Caracterizao do processo da fadiga

A roptura por fadiga provocada pela nucleao e propagao mais ou menos lenta de fendas que aparecem numa pea submetida a tenses dinmicas. Todo o processo pode ser faseado da seguinte forma:

Segundo a ASTM, entende-se fadiga como:

... um processo de alterao permanente, progressivo e localizado, que ocorre num material sujeito a condies que produzem tenses ou deformaes dinmicas num ponto ou vrios pontos, e que pode culminar em fendas ou na fractura completa aps um numero suficiente de variaes de carga.

1.1.1 Durao de uma pea fadiga

A durao de uma pea fadiga define-se geralmente pelo nmero de ciclos de aplicao da carga at rotura.

A vida total (Nt) pode ser decomposta em vida de iniciao (Ni) e vida de propagao (Np)

Nt = Ni + Np

Ni, n de ciclos de nucleao + n de ciclos de iniciao

Np, n de ciclos de propagao

O nmero de ciclos de iniciao da fenda dever depender da geometria e da localizao da fenda e da tcnica de inspeo utilizada.

No caso de uma pea isenta de defeitos (superfcie polida) a percentagem da durao total fadiga, gasta simultaneamente no perodo de nucleao de uma fenda e na fase da microfenda, geralmente da ordem dos 90%.

Se o defeito inicial tiver uma dimenso tal que no possa ser detetado pela tcnica de ensaio no destrutiva mais apropriado localizao do defeito em causa, o mesmo perodo ligeiramente mais reduzido (cerca de 80%).

Se o defeito inicial for j visvel (dimenso superior a 2mm), o nmero de ciclos de propagao j muito superior ao de nucleao+iniciao.

O diagrama da figura tal indica de forma esquemtica a curva prevista de evoluo de uma fenda durante a durao fadiga da pea a que corresponde um determinado nmero de ciclos de rotura.

figura tal-Representao esquemtica da curva de evoluode uma fenda durante a durao fadiga

A rotura por fadiga sse verifica se a tenso nominal aplicada ultrapassar um determinado valor limite. Sempre que a tenso aumentar acima desse valor limite, o perodo de iniciao da fenda diminui. Assim, nas peas com concentrao de tenses e para tenses aplicadas suficientemente elevadas , o perodo de iniciao da fenda pode ser reduzido e o perodo de propagao predominante.

Uma rotura por fadiga ocorre sem aviso prvio e por vezes sem suspeita para o observador, pois em muitos casos a fenda no visvel vista desarmada durante grande parte da vida da pea.

As superfcies de fratura tm um aspeto do tipo frgil sem sinais de deformao plstica a nvel macroscpico porque, na maioria dos casos, a rotura d-se para tenses aplicadas inferiores tenso de cedncia do material.As fraturas por fadiga podem ser divididas em duas regies:

- regio caraterizada por uma superfcie lisa com aspeto sedoso e brilhante, causada pela ao do contacto das superfcies da fenda durante a sua propagao. Muitas vezes o progresso da fratura indicado por uma srie de aneis ou estrias que partem do ponto de iniciao da rotura. As bandas claras e escuras que aparecem na zona de propagao da fenda tm um aspeto semelhante s linhas que se formam na areia devido s ondas do mar e devem-se a diferentes velociadades de propagao, pontos de paragem da fenda e reao de oxidao com o ambiente corrosivo. a regio da fratura por fadiga propriamente dita;

- regio com aspeto grosseiro no regular nem brilhante que corresponde regio de rotura final da pea quando a seco transversal restante (no fendida) j no capaz de suportar a tenso aplicada.

A rotura final d-se instantaneamente e pode ser do tipo dctil ou frgil, dependendo do material e do material e do nvel da tenso aplicada.

Em resumo as roturas por fadiga apresentam as seguintes caractersticas comuns (figura tal):

1. Zona de iniciao da fenda;

2. Estrias ou bandas indicadoras da propagao da fenda (zona de propagao da fenda);

3. Zona de fratura final a seguir zona de propagao da fenda.

Para que se verifique rotura por fadiga imprescindvel que se verifiquem as seguintes variveis:

1. Tenso principal mxima suficientemente elevada (na maioria dos casos, esta tenso inferior tenso de cedencia);

2. Variao ou flutuao da tenso aplicada suficientemente elevada;

3. Nmero de ciclos de tenso aplicada suficientemente grande.

Trabalho do componente com carga baixa uma vez que a fadiga se estendeu ao longo de quase toda a seco

1.1.2 Descrio microscpica do processo de fadiga

Numa pea desprovida de defeitos internos a fenda inicia-se sempre na superfcie da mesma e na zona em que a tenso seja mxima. A nucleao de fendas na superfcie facilitada pelo facto de a deformao plstica dos gros cristalinos que se encontram superfcie ser mais fcil do que os gro localizados no interio.

De facto, os gro cristalinos localizados superfcie tm menor constrangimento deformao porque encontram a superfcie livre da pea para se deformarem sem encontrarem resistncia.

Nos materiais dcteis com a aplicao cclica de cargas, formam-se linhas de escorregamento superfcie, ainda na fase inicial da viga da pea. Ao fim de um determinado nmero de ciclos de carga formam-se zonas de deformao plstica que se tornam mais salientes superfcie, constituindo as intruses e as extruses.

As zonas de extruses e intruses, apesar de terem dimenses microscpicas da ordem dos mcrons ou inferiores, so zonas em que a concentrao de tenses muito elevada devido ao efeito pronunciado do entalhe a existente. A tenso localizada nessas zonas, que depende essencialmente da tenso de corte que provocam o escorregamento, pode atingir valores muito elevados igualando a tenso de rotura localmente.

Se a amplitude na tenso de corte mxima na banda de escorregamento e o nmero de repeties de carga forem suficientemente elevados formam-se ento as microfendas ou fissuras e est assim nucleada a fenda.

Figura- Formao das bandas de deslizamento pela solicitao cclica e seu aspecto.

Pode ser referido que a fadiga envolve o crescimento de fendas. Portanto para evitar a ruptura por fadiga necessrio evitar a iniciao de fendas ou permitir o seu crescimento controlado.Para tenses nominais relativamente elevadas (na zona de tenso de cedncia do material) a nucleao de fendas verifica-se geralmente nos limites de gro figura tal).

Nucleao de fendas no limite de gro

Em muitos casos a deformao plstica extende-se a todo o gro e a fenda inicia-se pela multiplicao de cavidades formada pela coalescncia de poros que se criam na formao da pea (figura tal).

Nas ligas polifsicas de alta resistncia ou em materiais frgeis (aos ligados e ferros fundidos, por exemplo), as fendas nucleiam-se nas descontinuidades existentes superfcie da (incluses no metlicas, partculas duras ou cavidades). As microfendas (figura tal) localizam-se ou nas prprias incluses ou na interface entre a incluso e a matriz metlica, zonas em que a concentrao de tenses mais elevada.

Para os metais dcteis (ao ao carbono de baixa/mdia liga, cobre puro, alumnio, nquel, etc), a fenda inicia-se superfcie do material a partir duma zona de extruses e intruses e na direo em que a tenso de corte mxima.A microfenda que se forma inicialmente tem dimenses da ordem dos mcrons e como tal no pode ser observada vista desarmada. Denomina-se fenda da fase I e tem uma trajetria de propagao transcristalina (figura tal).

Na primeira fase de propagao as tenses de corte so as mais importantes.A propagao da fenda na fase I (figura tal) corresponde ao modo microscpico de propagao, tendo a microfenda um comprimento da ordem do tamanho de gro, sendo muito sensvel a diferenas locais de microestrutura, presena de partculas de segunda fase, mudanas de direo dos planos cristalogrficos, contornos de gro, etc..

Kinetics of stage I cracks for tests at constant strain amplitude, Acta Metallurgica, Vol 37, 1989, 337-348Ma, B-T and Laird C. Overview of fatigue behavior in copper sinle crystals II Population, size, distribution and growth

Quando a fenda da fase I atinge uma determinada dimenso (da ordem de alguns tamanhos de gro), sofre inflexo e passa a propagar-se segundo a direo perpendicular tenso principal mxima, constituindo a fenda de fase II.A propagao no estgio II corresponde ao modo macroscpico de propagao, em que o material pode ser considerado homogneo, sendo relevantes as propriedades mdias do material, e as diferenas a nvel metalrgico so de menor importncia.Esta fenda j visvel vista desarmada e tem um crescimento que pode ser caracterizado pelos mtodos da mecnica da fratura.

Grande parte das fendas de fadiga so transcristalinas, isto , propagam-se atravs dos limites de gro. Algumas podem ser intercristalinas, ou seja, propagam-se pelos limites de gro, o que sucede se as tenses aplicadas forem elevadas. Enquanto a fenda pequena, as diferenas de orientao de gros, microestrutura, etc., so importantes, retardando ou acelerando a propagao da fenda (fase I). Aps esta ter um certo tamanho, as alteraes microestruturais no extremo da fissura so irrelevantes, podendo o material ser tratado como um contnuo, usando propriedades mdias (fase II).

Os mecanismos microscpicos de fadiga podem ser resumidos em trs fases consecutivas:escorregamento

microfendas, visveis com altas ampliaes

fendas, visveis a olho nu

As mcrofendas podem ser vrias e combinarem-se numa fenda principal de propagao (figura tal ) que atinge um tamanho crtico que provoca a fratura instvel.

Quanto maior for a tenso aplicada mais cedo estes processos ocorrem. Como o processo de fadiga se inicia geralmente superfcie, este ir depender do estado da superfcie do material e das zonas de concentrao de tenses existentes na pea.

Pode ser referido que a fadiga envolve o crescimento de fendas. Portanto para evitar a ruptura por fadiga necessrio evitar a iniciao de fendas ou permitir o seu crescimento controlado.

Ilustrao 1-Representao esquemtica da formao de extruses e intruses na superfcie da pea

Mecanismos de descrio da fase de propagao da fenda fase II

A propagao no estgio II fica caracterizada pela formao de estrias microscpicas, que marcam o crescimento da fissura a cada ciclo de carregamento.Para a propagao no estgio II necessrio que existam tenses de trao no extremo da fenda, de forma a possibilitar a rutura do material.Muitas vezes a propagao no estgio II produz uma superfcie que fica marcada macroscopicamente pelas sucessivas posies da frente da fenda, dando origem s chamadas linhas de praia ou linhas de repouso. Estas so formadas quando se verifica paragem dos ciclos de carregamento ou em virtude das diferentes velocidades de crescimento da fenda, seja por uma variao da carga aplicada ou variao do numero de ciclos de carregamento. Muitas vezes as marcas de praia ficam mais evidenciadas pela ao da corroso sobre as superfcies j rompidas.

As marcas de praia no devem ser confundidas com estrias, embora estejam muitasvezes presentes nas superfcies de fratura. Devem existir milhares de estrias entre duas marcas de praia. Figura tal

Quando a carga que provoca a falha por fadiga de amplitude constante, as marcas de praia praticamente no aparecem, como o caso da falha em corpos de prova de fadiga.

Os trs modos mais vulgares de uma fenda se propagar na chamada fase II so:

- estriao dctil ou frgil

- coalescncia de microcavidades

- microclivagem

Estriao

Os materiais dcteis apresentam fundamentalmente estriao e coalescncia de microcavidades. As bandas (marcas de praia) que por vezes aparecem na superfcie de fratura podem conter milhares de estrias (figura tal) que s podem ser observadas ao microscpio electrnico.

A superfcie da fratura da fase II apresenta uma sequncia de estrias que do o aspeto caracterstico superfcie de fratura.

Cada estria estria representa a posio sucessiva da frente da fenda de fadiga e o espaamento entre estrias pode ser igual ao crescimento da fenda em cada ciclo.

Figura 2.31: estrias resultantes da propagao de trinca de fadiga em cada ciclo detenso (cada estria se formou no instante em que se atinge a tenso mxima dociclo), numa liga de alumnio 2024-T3.[12]

Na estriao ductil a propagao da fenda d-se perpendicularmente tenso principal mxima e por um processo de ecurvamento plstico, descrito na figura tal. Neste processo a fenda propaga-se como se fosse um fole que enche e avana simultaneamente.

De acordo com este modelo de abertura e fecho da fenda, a superfcie de fratura fica com estrias cujo espaamento ser o avano da fenda por ciclo.

A figura tal apresenta o aspecto e a solicitao mecnica qual est sujeita uma fenda durante um ciclo do carregamento cclico.

Segundo este modelo, no incio do ciclo de carga, a extremidade (ponta) da fenda est aguada (a)

Quando se aplica a carga de trao, o pequeno entalhe duplo existente na extremidade da fenda concentra o escorregamento em planos de 45 com o plano da fenda (b)

Quando se atinge a carga mxima, a fenda avana por deformao plstica segundo a direo da tenso de corte mxima e a sua ponta torna-se curva (c)

Na fase do ciclo em que h reduo de carga, inverte-se o sentido de escorregamento na extremidade da fenda (d) e as faces da fenda encostam(e), voltando posio inicial (a), repetindo-se o processo no ciclo de carga seguinte.

Na figura tal observa-se a estriao na superfcie de fratura de uma fenda de fadiga estando a direo de propagao indicada pela seta, verificando-se que o espaamento entre estrias pode ser sensivelmente idntico velocidade macroscpica de propagao da fenda.

coalescncia de microcavidades

Na prtica, os metais geralmente contm uma grande quantidade de fases dispersas. Estas podem ser de partculas muito pequenas (1 a 20 nm) tais como o carbonetos de elementos de liga, partculas de tamanho intermedirio (50 a 500 nm) tais como compostos de elementos de liga (carbonetos, nitretos, carbonitretos) em aos, ou partculas dispersas tais como alumina em alumnio e tria em nquel. As microcavidades podem ser provocadas pela concentrao localizada de tomos de hidrognio na rede cristalina do material

Se as partculas de uma segunda fase so frgeis e a matriz dctil, elas no sero capazes de acomodar a grande deformao plstica da matriz, e conseqentemente estas partculas sero fragilizadas no incio da deformao plstica.Quando a interface partcula/matriz for muito fraca, a separao interfacial ocorrer. Em ambos os casos, microcavidades so nucleadas a partir destes stios. Geralmente, os vazios so nucleados a partir de pouca percentagem de deformao plstica, enquanto que a separao 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 esforo trativo. O material entre os vazios sofre estrico em uma escala microscpica, onde os vazios so unidos, promovendo o fenmeno de coalescimento. As microcavidades que tendero a aglutinar-se aumentaro o comprimento da fissura.Este mecanismo de iniciao, crescimento e coalescncia de microcavidades d uma superfcie de fratura com aparncia caracterstica.

Representao esquemtica de mecanismos de coalescimento de microcavidades (ruptura normal; ruptura por cisalhamento; ruptura por rasgamento).

Microclivagem

A microclivagem surge surge com frequncia em materiais de alta resistncia ou frgeis como as ligas de alta resistncia de alumnio e os aos tratados para uma alta dureza.

A nucleao das fendas inicia-se na interface entre a matriz e as incluses existentes, j que a matriz no chega a ser deformada plasticamente.

Desta forma no surgem as bandas de deslizamento na superfcie livre, com a nucleao iniciando mais no interior do material.

A fenda percorre o interior dos gros segundo diferentes direces (fratura transgranular), pelo que as superfcies de fratura associadas a este mecanismo de propagao apresentam, tipicamente, um padro caracterstico onde so visveis superfcies planas que se sucedem em socalcos, com um aspeto brilhante e sem quaisquer indcios de ductilidade. Alis, a clivagem est, normalmente, relacionada com a aplicao de carregamentos de baixo valor de intensidade de tenses (baixa absoro de energia) em materiais de carter frgil, sendo tambm promovida por ambientes a baixas temperaturas

Aseparao da celula unitaria ocorrerepentinamenteentreumafacedaclulaunitriaeafacegmeadaclulaadjacente.Nenhumadeformaoestpresente,pelomenosemescalamacroscpia.

Emescalamicrofractogrfica,aclivagemocorreaolongodosplanosdasfacesdasclulasunitrias,massovistascomoumafissuraodosgros,comnenhumarelaoaosseuscontornos.

fratura por clivagem

Dependendo do nvel da solicitao de fadiga a fenda pode imobilizar-se ao encontrar algum obstculo um pouco mais resistente, como um contorno de gro. Neste caso a fenda no vai crescer mais e logo a pea no sofrer rotura, resultando assim uma vida infinita. No entanto tal pode no ocorrer, levando a uma propagao da fenda agora no modo macroscpico, com uma velocidade de propagao crescente, comprometendo assim de forma irreversvel a pea, levando dentro de um pequeno pertdo de tempo a uma ruptura final.

Leis Fenomenolgicas do Comportamento Fadiga

As leis ou equaes que definem o comportamento dos materiais fadiga so geralmente relaes obtidas experimentalmente ensaiando provetes de material.Nestas leis relaciona-se a amplitude de tenses ou extenses com o nmero de ciclos gasto at atingir a rotura.

Ciclos de tenso fadiga e seus parmetros fundamentais

A fadiga s se manifesta numa pea se a tenso for dinmica, isto , variar com o tempo.Um ciclo de tenso de fadiga traduz a variao da tenso aplicada com o tempo ou com o nmeri de ciclos de aplicao de carga.

Os principais tipos de tenso que provocam fadiga so divididos em dois grupos:

Amplitude de tenso constante:alternado a)

repetido b)

pulsante frmula

Amplitude de tenso varivel:blocos c)

aleatrio d)

A frequncia de aplicao da carga dada em ciclos por tempo:

frmula

em quef a frequncia de aplicao da carga em ciclos/segundo ou ciclos/minutoN o nmero de ciclos e t o tempo correspondente a esse nmero de ciclos em segundos ou minutos.

A funo que descreve o ciclo de tenses, denominada onda de tenses pode assumir vrias formas (sinusoidal, linear ou triangular, trapezoidal, etc.).A onda sinusoidal muito frequente na prtica e dada pela equao

Num ciclo de tenses define-se a amplitude da tenso como a diferena entre a tenso mxima ou mnima, e a tenso mdia.A tenso mdia a semi-soma da tenso mxima com a tenso mnima, dada por

A amplitude da tenso dos ciclos a amplitude constante vem dada portanto

A gama de tenses o dobro da amplitude

O ciclo alternado pode ter quando

No caso particular em que a tenso mnima nula o ciclo diz-se pulsante

No ciclo repetido, as tenses mxima e mnima podem ser ambas de trao ou de compresso.No ciclo alternado a tenso mxima sempre de trao e a tenso mnima sempre de compresso.A tenso mdia geralmente quantificada pela razo de tenses R definida pela relao,

No ciclo alternado R=-1 e no pulsante R=0

Outro parmetro que quantifica o efeito da tenso mdia dado portanto

Ensaios de fadigahttps://www.youtube.com/watch?v=LhUclxBUV_E

https://www.youtube.com/user/ZwickRoellTV/videos

http://www.epi-eng.com/mechanical_engineering_basics/fatigue_in_metals.htm

O ensaio de fadiga consiste no acompanhamento do comportamento mecnico de um provete, de um componente ou de uma estrutura quando estes so submetidos a uma carga dinmica durante um grande nmero de ciclos. Esse nmero deve ser representativo da vida til do produto industrial fabricado.Os ensaios de fadiga em provetes destinam-se quase exclusivamente a fazer a seleo dos materiais, tratamentos trmicos, mecnicos ou qumicos.Os ensaios em componentes utilizam-se mais para a otimizao das formas geomtricas.Os ensaios em estruturas ou partes da estrutura so ensaios geralmente dispendiosos justificados se o custo da construo for elevado e se a informao resultante do ensaio for de grande importncia para otimizao do projeto. So vulgarmente utilizados na indstria automvel e aeronutica. Durante o ensaio de fadiga os corpos podem atingir a rotura com uma carga bem inferior carga mxima atingida na trao.Os equipamentos que realizam os ensaios de fadiga so constitudos por um sistema de aplicao de cargas, permitindo a alterao da intensidade e sentido do esforo.

Estes testes podem ser realizados de acordo com o tipo de esforo desejado. Os ensaios esto relacionados ao tipo de esforo que se deseja aplicar.

Tipos de ensaio de fadiga

Os ensaios de fadiga em provetes so normalmente realizados aplicando solicitaes uniaxiais dos seguintes tipos:a) Flexo rotativa (alternada);b) Flexo plana (alternada, repetida ou pulsante);c) Toro alternadad) Trao-compresso (alternada, repetida ou pulsante).

Ensaio de Fadiga por Flexo Alternada

O ensaio mais vulgar e tambm o mais simples e econmica de realizar o ensaio de flexo rotativa que simula o estado de tenso num veio rotativo submetido a cargas transversais.

Este ensaio encontra-se normalizado (Ex: norma DIN 50113) e consiste em submeter a um esforo de flexo simples ou pura um provete de seco circular que roda a velocidade de rotao constante.

Devido rotao do provete a velocidade constante, o ciclo de tenses aplicado alternado com uma onda sinusoidal.A tenso de flexo mxima nas fibras extremas calcula-se pela frmula

em que W o mdulo de resistncia flexo na seco crtica.Cada fibra do provete est submetida ciclo de tenses da figura tal com a tenso a oscilar entre um valor mximo de trao e um valor mnimo de compresso.A equao da tenso em funo do tempo nas fibras extremas ser ento

em que w a velocidade de rotao em rad/s.

Ensaio de Fadiga por Flexo Plana

No ensaio de fadiga de flexo plana o provete encontra-se encastrado numa das extremidades e a carga aplicada na outra extremidade provoca flexo.Ao contrrio da flexo rotativa, aqui o provete encontra-se estacionrio e a carga que oscila, como se indica no esquema da figura talEsquema de funcionamento de uma mquina de ensaio de fadiga de flexo alternada.

O ciclo de tenses do ensaio tambm sinusoidal alternado porque o deslocamento delta varia em funo do cos(wt).Pode-se obter flexo plana repetida ou pulsante aplicando inicialmente uma tenso de flexo sigma m ao provete e sobrepondo em seguida a carga alternada correspondente, dada pelo curso do excntrico.

Ensaio de Fadiga por Toro AlternadaEste tipo de ensaio realizado em corpos de prova cilndricos sujeitos a esforos detoro alternados.O equipamento utilizado para o ensaio de fadiga por toro semelhante aoutilizado no ensaio de trao-compresso, alterando-se apenas o esforo aplicado

Ensaio de Fadiga por Trao Compresso

O teste de fadiga por trao-compresso (fora axial) utilizado para avaliar o comportamento de diferentes tipos de materiais, acabamentos superficiais, e os demais parmetros sujeitos a tenses de trao-compresso num determinado nmero de ciclos.

Os esforos observados neste tipo de ensaio so puramente de trao e compresso, assim sendo, estes ensaios so realizados em equipamentos convencionais de trao sob cargas cclicas.

As mquinas para este tipo de ensaio possuem programas especficos para controlar a frequncia e a carga de trao e compresso, at a falha do corpo de prova.

A figura tal representa o esquema mecnico de uma mquina de fadiga por trao-compresso.

I

Podem tambm realizar-se ensaios biaxiais em que se sobrepe solicitaes uniaxiais.Os ensaios biaxiais mais frequentes so:a) Flexo alternada ou trao alternada;b) Trao ou compresso biaxiais;c) Toro alternada com trao esttica.

Obteno e caraterizao das curvas tenso-nmero de ciclos de rotura (curvas S-N)https://www.efatigue.com/constantamplitude/stresslife/#a

Normalmente, so ensaiados diversos corpos de prova em diversos nveis de tenso, podendo chegar a quinze ou mais por nvel. O resultado desse ensaio uma curva que descreve o nmero de ciclos que os corpos de prova sobrevivem em cada nvel de tenso. O grfico dessa curva chamado de Diagrama S-N, ou diagrama de tenso em funo do nmero de ciclos at a falha.

A figura 4.4 mostra um exemplo de diagrama S-N para aos. Nesse diagrama, os circulos representam o instante da falha. As escalas so logartimicas em ambos os eixos. Pode-se notar que existe um nvel de tenso abaixo do qual no haver falha. Esse nvel de tenso o limite de resistncia a fadiga Sn ' . Pode-se notar tambm que no nvel de tenso correspondente ao limite de resistncia Sn ' , o nmero de ciclos de um milho ( 106 ciclos ). De fato, observa-se que os aos que atingem essa vida sob fadiga no falham mais, ainda que solicitados indefinidamente no mesmo nvel de tenses.

A anlise dos resultados de ensaios para grande quantidade de aos mostrou que o limite de resistncia fadiga Sn ' pode ser estimada a partir dos resultados do ensaio de trao. A vantagem desse procedimento que o ensaio de trao simples de ser conduzido, requer um menor nmero de corpos de prova, apresenta menor disperso e os resultados de ensaios de trao so disponveis na literatura, sem a necessidade da realizao de ensaios complementares. O valor de Sn ' para aos pode ser estimado como a metade do valor do limite de resistncia trao Su. A curva apresentada na figura 4.4 mostra tambem que maiores nveis de tenso podem ser empregados se o objetivo uma vida finita. Por exemplo, para uma vida de dez mil ciclos (104 ciclos), o nvel de tenso que pode ser empregado de 70% do limite de resistncia Su. Alm disso, a figura apresenta um resultado curioso: para 1000 ciclos de vida a resistncia

fadiga, representada por Sf, atinge o valor de 0,9.Su, que bem maior do que o limite de escoamento para os aos dteis. Isso ocorre porque as tenses apresentadas na figura so as tenses calculadas, e no as reais. O material est submetido a tenses menores nesse ponto, devido ao escoamento, o que leva ao compartilhamento da carga com as regies elsticas adjacentes. Dessa forma, o diagrama apenas indicativo e serve para limitar as tenses aplicadas e no para expressar as tenses reais na pea. Uma constatao importante a de que os limites da reta que liga os pontos da resistncia fadiga para 1000 ciclos e o limite de resistncia a fadiga, em 106 ciclos, podem ser obtidos com o valor da resistncia a trao. Como j visto, este valor pode ser obtido de tabelas e grficos ou atravs de um ensaio simples. Existe tambm uma outra relao notvel que permite a estimativa do valor de Sn ' : a relao de Su com a dureza. A Figura 4.5 mostra que existe uma relao linear entre esses valores para aos com limite de resistncia menor que 1400 MPa. Para outros aos a relao no vale.

http://www.zwick.net.br/br/produtos/maquinas-de-ensaio-de-fadiga/maquinas-de-ensaio-servohidraulicas/htm-maquinas-de-ensaio-de-alta-velocidade-de-25-ate-160-kn.html

Estes corpos de prova resistem a esses esforos repetidos um nmero de ciclo que pode aumentar a medida que a carga aplicada decresce, at que para uma determinada carga forme um patamar , e se o nmero de ciclos de tenso ou carga chegar at 10 milhes , e o corpo de prova no romper , esta tenso ser o limite de fadiga.

Fatores bsicos responsveis pela fadiga:1. Tenso Mxima Aplicada2. Amplitude de tenso cclica3. Nmero de ciclos

Outros fatores:

Meio ambiente corrosivo, temperatura, acabamento superficial, estrutura do material, concentraes de tenses etc.

Realizao do ensaio

Trao - TraoTrao CompressoFlexo alternadaFlexo rotativaos repetidos ou flutuantes , e estes podem romper-se com uma carga bem inferior carga mxima atingida na trao. Estes corpos de prova resistem a esses esforos repetidos um nmero de ciclo que pode aumentar a medida que a carga aplicada decresce, at que para uma determinada carga forme um patamar , e se o nmero de ciclos de tenso ou carga chegar at 10 milhes , e o corpo de prova no romper , esta tenso ser o limite de fadiga.Geralmente uma falhas por fadiga pode ser reconhecida , a partir do aspecto da

superfcie de fratu

ra, a qual apresenta uma regio lisa decorrente do atrito entre as superfcies e uma regio spera onde o corpo de prova ro

mpe-se de mane

20-25 austenitic steel in symmetrical push-pull fatigue (20C, p/2= 0.4%) : short cracks on the surface and in the bulk

From Jacques Stolarz, Ecole Nationale Superieure des MinesPresented at LCF 5 in Berlin, 2003