FraturaSeparação do material devido a tensão

aplicada, numa temperatura abaixo do ponto de fusão.

Passos da fratura:•

Formação da trinca•

Propagação da trinca

Dependendo da habilidade do material em deformar plasticamente antes da fratura, dois tipos de fratura pode ocorrer: •

Dúctil•

Frágil.

Fratura dúctil

–

maioria dos metais (não tão frios)•Grande deformação plástica na frente da trinca•Trinca é

“estável”: resiste a tensão adicional •Elevada absorção de energia (tenacidade) antes da fratura

Fratura frágil

–

cerâmicas, gelo, metais frios•Pouca deformação plástica•Trinca “instável”: propaga rapidamente sem um aumento de tensão.•Baixa absorção de energia antes da fratura

A fratura dúctil é

preferida na maioria das aplicações

A.

Muito dúctil:

metais moles (Pb, Au) a temperatura ambiente, polímeros, vidros em alta temperatura.

B.

Fratura moderadamente dúctil: típico para materiais dúcteis.

C.

Fratura frágil: metais frios, cerâmicas.

Fratura dúctil•

Fibrosa•

Taça-cone•

Trinca propaga por cisalhamento•

Ocorre movimento das discordâncias

a)

Formação do pescoçob)

Formação de microcavidadesc)

Coalescência

das cavidades e formação da trincad)

Propagação da trincae)

Fratura

Taça-cone: Alumínio

Fractografia: Por MEVApresenta “dimples”

esféricos que correspondem a micro-cavidades que iniciam a formação da trinca

Fratura frágil•

Brilhante•

Transgranular ou intergranular•

Trinca propaga por clivagem: quebra das ligações atômicas ao longo de um plano cristalino especifico (plano de clivagem)

•

Sem deformação plástica apreciável•

Propagação da trinca é

muito rápida•

Trinca propaga perpendicular a direção da tensão aplicada

Fratura frágil em aço temperado

A.

Fratura transgranular:

Trinca passa através os grãos. A superfície de fratura tem textura facetada devido a diferentes orientações dos planos de clivagem dos grãos.

B.

Fratura intergranular: A propagação da trinca é

ao longo dos contornos de grãos. Os contornos de grãos são mais fracos e geralmente segregam impurezas, etc.

A tensão de fratura em sólidos frágeis está

ligado as forças coesivas entre os átomos, e é

aproximadamente E/10 –

E/10000. Esta tensão pode ser mais baixa em presença de falhas microscópicas (concentradores de tensões), e depende da dimensão, geometria e orientação da micro trinca.

Análise da tensão na ponta da trinca

Para trincas longas orientadas perpendicular a tensão aplicada, a máxima tensão perto da trinca é:

σ0

=tensão externa aplicada

ρt

= o raio de curvatura da trinca

a=metade do comprimento da trinca interna e trinca inteira externa.

Trinca concentrador de tensão:

21

02 ⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛≈

tm

aρ

σσ

Ensaio de impacto(Teste de fratura característica pela alta taxa de deformação)Charpy e Izod: medem a energia requerida de impacto para fraturar a peça, também chamado de tenacidade por entalhe.

Estimativa industrial, detecta diferenças entre materiais que não são observados num ensaio de tração

Transição dúctil-frágil

Quando a temperatura decresce uma material dúctil pode se tornar frágil.

Um metal CFC mantém-se dúctil a temperaturas baixas. Para cerâmicas, esta transição ocorre em temperaturas mais altas que para metais.

A transição dúctil-frágil pode ser medida pelo ensaio de impacto: a energia de impacto necessária para fraturar um material numa estreita faixa de temperatura –

temperatura de transição dúctil-

frágil.

•

A quantidade de energia absorvida no impacto pode ser calculada pelo arco descrito pelo pendulo após ultrapassar o CP. Essa energia é

uma medida da tenacidade e tem relação com a área abaixo da curva txe

•

Um material dúctil com a mesma resistência que um não dúctil requererá

maior energia para romper, sendo mais tenaz.

•

O principal emprego do ensaio Charpy

na engenharia está

na seleção de materiais resistentes a fratura frágil, através das curvas de temperatura de transição dúctil-frágil.

•

O ensaio Charpy

não é

indicado para projetos pois não apresentam valores de tensões e tamanho de trincas.

•

Nos metais a transição ocorre entre 0,1 a 0,2 da T. Fusão, e as cerâmicas entre 0,5 a 0,7.

•

Quanto menor a temperatura de transição maior a tenacidade

Fatores que afetam a temperatura de transição

Elementos de liga no aço Mn, C, P, O: ↑

a T. transiçãoNi: ↓

a T. transição

Tamanho de grão ↓

grão

↓

T. transição

Envelhecimento por têmpera ↓

a T. transição

Envelhecimento por deformação a frio ↓

a T. transição

O estudo de como o material fratura é

conhecido como mecanismo da fratura, e a resistência do material

a fratura é

conhecido como tenacidade a fratura.

A tenacidade é

medida por meio do módulo de tenacidade, que é

a quantidade de energia absorvida por unidade de volume no ensaio de tração, até

a fratura ou até

quando o material resistir sem a ruptura.

Importância da tenacidade: projetar peças que devam sofrer tensões estáticas ou dinâmicas acima do limite de escoamento, em presença de trincas, sem se fraturar.

Critério de projeto com dano tolerado

•

Conhecer a mecânica de fratura (linear) dos materiais•

Detecção de defeitos nos materiais usando ensaios não destrutivos

Tenacidade à

fratura

K Y ac = σ π .

K Y aIc = σ π .

Kic diminui com o aumento da taxa de deformação e com a diminuição da temperatura

•

Os metais cfc

e a maioria dos que possuem estrutura hexagonal compacta , possuem fratura dúctil.

•

As ligas ccc podem variar quanto ao tipo de fratura (frágil em baixa temperatura e dúctil em alta).

Al, Cu, Ni, Ag (12 sist. deslizamentode disc.→cisalh. e desliz. cruzado

Cerâmicas

Fe, Cr, Mo, W, V -

(ss)clivagem

Dureza

X

Tenacidade

Os materiais de elevada resistência possuem tenacidade tão baixa que a fratura frágil pode ocorrer para tensões nominais ainda no regime elástico a todas as temperaturas e taxas de deformação, quando existem trincas presentes em sua estrutura.

↑

Dureza

↓

ductibilidade

↓

tenacidade

↑

Dureza

↑

ductibilidade

↑

tenacidade

↓

Dureza

↑

ductibilidade

↓

tenacidade