Ensaio de Fadiga em Materiais Metálicos: Generalidades e Definições

Capítulo 8 Ensaio de Fadi 81 Generalidades e definições 811 Generalidades O limite de resistência determinado pelo ensaio de tração é função da carga máxima atingida durante o teste após a qual ocorre a ruptura do material Ficou então estabelecido que o material não se romperá com uma carga menor que aquela quando submetido a esforços estáticos Entretanto quando são aplicados esforços dinâmico repetidos ou flutuantes a um material metálico o mesmo pode romperse com uma carga bem inferior à carga máxima atingida na tração ou na compressão Nesse caso temse a chamada ruptura por fadiga do material Mais adiante será dado um resumo das características e do processo da ruptura por fadiga item 88 Um metal rompese por fadiga quando a tensão cíclica aplicada a ele tem uma flutuação suficientemente grande e é maior que um valor característico de cada metal denominado limite de fadiga o qual pode ser determinado mediante um ensaio de fadiga É de se notar porém que nem todos os materiais metálicos apresentam um limite de fadiga definido no item 82 esse fato será discutido com mais detalhes A ruptura geralmente ocorre quando o número de ciclos de tensão aplicada é também suficientemente grande No entanto muitos outros fatores afetam a ruptura por fadiga tornando muito extenso o seu estudo e nos itens seguintes serão resumidos também alguns deles Neste trabalho serão vistas apenas as bases elementares de como são realizados os ensaios para se determinar o limite de fadiga sem entrar em pormenores a respeito do estudo completo da fadiga dos metais campo mais restrito à física dos metais 33 O estudo da fadiga é de primordial importância para projeto de peças sujeitas a tensões cíclicas as quais modernamente são cada vez maiores O ensaio de fadiga pode ser realizado na própria peça caso se possua uma máquina adequada reproduzindo no ensaio da melhor maneira possível os esforços a que ela é submetida na prática ou em corpos de prova nesse caso testando o material em si sem verificar 173 Ensaio de fadiga os efeitos das particularidades existentes na própria peça A determinação do limite de fadiga é frequentemente realizada em corpos de prova usinados Devese no entanto observar que os resultados obtidos em laboratório ensaiandose corpos de prova usinados não podem ser diretamente aplicados às condições da prática 812 Definições e simbologia A seguir são fornecidas as definições com a respectiva simbologia das tensões utilizadas no estudo e no ensaio de fadiga Notese que a simbologia para esse tipo de ensaio é exclusiva para a fadiga não devendo ser aplicada ou confundida com a simbologia adotada nesse livro para os outros ensaios Os índices dos símbolos são os mesmos utilizados pela ASTM no seu Manual on Fatigue Testing Manual de Ensaios de Fadiga de 1949 31 A Fig 92 1 mostra três dos diversos ciclos de tensões possíveis para o ensaio de fadiga encontrados na prática e nos laboratórios em geral Esses ciclos são do tipo regular isto é repetitivos ou alternativos e com todas as características constantes Tais ciclos são encontrados na maioria das máquinas de ensaio de fadiga as quais mantêm uma velocidade constante durante cada teste Ciclos do tipo irregular não são geralmente usados nos ensaios sendo porém igualmente encontrados na prática Modernamente existem máquinas que também reproduzem esses ciclos de tensões para estudos específicos Um ciclo de tensão é a menor parte da função tensãotempo que é periódica e identicamente repetida Os ciclos da figura são completamente reversos de forma senoidal sendo que a Fig 92a mostra um ciclo onde as tensões máxima e mínima são iguais e de sinais opostos Uma tensão de tração é considerada positiva e uma de compressão negativa Na Fig 92b todas as tensões são positivas e as tensões máxima e mínima são desiguais O ciclo da Fig 92c tem tensões positivas e negativas e tensões máxima e mínima também desiguais Figura 92 Ciclos regulares de tensões a tensão reversa b tensão repetida campo de tração e c tensão repetida campos de tração e compressão 174 Ensaios mecânicos de materiais metálicos A tensão stress máxima Smax é o maior valor algébrico da tensão no ciclo e a tensão mínima Smin é o menor valor algébrico Intervalo de tensão Sr é a diferença algébrica entre Smax e Smin amplitude de tensão alternativa Sa é a metade de Sr tensão média Sm é a média algébrica entre Smax e Smin No caso da Fig 92a Sm 0 O número de ciclos de tensões suportado pelo corpo de prova até a fratura é designado por N Esse número é contado na própria máquina de fadiga e representa a soma do número de ciclos para iniciar uma trinca de fadiga mais o número de ciclos para propagar a trinca através do material Caso o material não rompa o número N também pode indicar o número de ciclos atingido no ensaio alguns autores usam n O limite de fadiga Se já mencionado é definido como o valor limite da tensão abaixo da qual o material pode suportar um número infinito de ciclos de tensões regulares sem romper Genericamente a resistência de um material à fadiga Sn é o valor máximo da tensão suportada para um dado número de ciclos sem romper Caso o ciclo de tensões utilizado não seja igual ao da Fig 92a Se ou Sn devem ser expressos em função de Sa ou de Smax isto é devese mencionar os valores dessas tensões aplicadas bem como da tensão média Sm A relação Se ou Snlimite de resistência no ensaio de tração é denominada relação de fadiga A relação algébrica entre Smin e Smax é simbolizada por R Em resumo Sr Smax Smin 115 Sa Sr2 Smax Smin2 116 Sm Smax Smin2 117 R Smin Smax 118 A tensão S num ciclo regular para um dado tempo t é dada pela expressão S Sm Sa sen 2πt T 119 onde T é o tempo para um ciclo completo A curva tensãonúmero de ciclos curva SN ou curva de Wöhler A curva tensãonúmero de ciclos também chamada curva de Wöhler ou simplesmente curva SN símbolo de stress tensão 241 é modo mais rápido para a apresentação dos resultados dos ensaios de fadiga Na verdade os resultados no eixo das abcissas são o número de ciclos e no eixo das ordenadas vai a tensão máxima Sm que também pode vir expressa por meio do logaritmo Assim há três modos de representar as curvas SN ou SlogOR As escalas logarítmica e decrescente a saber SX vs S log N e log S x log N A escala logarítmica facilita a comparação de dados pois fornece curvas de diversos materiais e números de faixas de resistência no mesmo gráfico No caso SN não seja igual a zero o eixo das ordenadas pode vir a ser representado por outra tensão conforme será dito mais adiante na prática são do tipo flexão rotativa torção ou traçãocompressão total tensões conjugadas poucas determinações foram realizadas Todavia em ensaios de fadiga a ruptura do corpo de prova normalmente foram referecias 8910 Exemplos de curvas SN são dados na Fig 93 127 Notese que na mesma classe de materiais a resistência suportada pelo material para rompimento corresponde justamente ao limite de fadiga do material denominado limite de resistência para polidéricos e aço ou um patamar que corresponde justamente ao limite de fadiga do metal compor exemplo uma liga de alumínio não apresenta um patamar verificouse que dentre os metais nãoferrosos o titânio esse patamar não existe Para o caso de existir o patamar constatouse que basta ensinar por um corpo de prova até 10 milhões de ciclos de tensão e se esse é o número não da ruptura final não apresentar esse patamar devese levar o corpo de prova para além desse limite ou seja para 50 milhões de ciclos máximo de imensão de fadiga desse valor máximo de N pensado como a sua limitação mas a ruptura por fadiga depende de inúmeros fatores e para se traçar um diagrama SN é necessário uma quantidade muito grande de corpos de prova pois no mesmo material uma pequena amplitude média de diversos pontos ou mesmo uma faixa que englobe todos os pontos experimentados Fig 9412 Os pontos correspondes a tensão máxima número possível de interações e o tipo de prova corresponde até a fratura do corpo de prova Inicialmente escolhese uma Smax alta onde se espera que a fratura do corpo de prova aconteça numa número de ciclos N pequeno essa tensão geral de testes é da ordem de preferência de ligas nãoferrosas á tração Em geral para aço 03 o limite para ligas nãoferrosas σ035σ0 Diminuise Smax progressivamente para determinar a resistência à tritura até que se atinja uma condição onde não haja a ruptura do corpo de prova S é a tensão máxima absorvida e σ é a tensão equivalente N é o número de ciclos após a ruptura O número N especificado conforme o material deve prover as informações suficientes para caracterizar convenientemente a segunda curva a curva SN que se refere a metalurgicamentos nos demais corpos de prova até se conseguir a máx gradativamente nos demais corpos de prova até se conseguir a máx gradativamente nos demais corpos de prova até se conseguir a máx gradativamente nos demais corpos de prova até se conseguir a máx gradativamente nos demais corpos de prova até se conseguir a máx gradativamente nos demais corpos de prova até se conseguir a máx Os fatores de variação são diversos podendo ocorrer que devese repetir uma ou mais vezes o ensaio em cada família de corpos até se alcançar o valor necessário para saber as quantidades de falha à fadiga Em geral devese escolher os valores de Smax e Smin Um deve ser constante e o outro deslocado em ordens de modo diferente da curva SN O número Smax que for constante no eixo das ordenadas de forma linear ou logarítmica outra maneira usada 831 Método estatístico para a resistência à fadiga 83 Outros métodos de ensaio e de apresentação dos resultados Para tentar minimizar o espalhamento dos resultados obtidos procedeuse outros métodos para fornecimento dos mesmos Um desses métodos estatísticos é a dispersão dos pontos em um diagrama de cinco 5 valores e ensaiar vários corpos de prova com esses valores selecionados obtendose assim para cada tensão diversos pontos gráficos que apresentem os resultados independentes da dispersão histogramas tendo log N em abscissa e número de ocorrência de prova rompidos em ordenadas Fig 9623 para este caso de extrema aplicação prática podese construir uma figura a saber qual é de N partir dessa figura podese construir uma figura a saber qual é de N partir dessa figura podese construir uma figura a saber qual é de N partir dessa figura podese construir uma figura a saber qual é de N partir dessa figura podese construir uma figura a saber qual é traçada na Fig 96 A partir dessas probabilidades de ruptura e fig 97 traçada na Fig 96 A partir dessas probabilidades de ruptura e fig 97 traçada na Fig 96 A partir dessas probabilidades de ruptura e fig 97 traçada na Fig 96 A partir dessas probabilidades de ruptura e fig 97 traçada na Fig 96 A partir dessas probabilidades de ruptura e fig 97 traçada na Fig 96 A partir dessas probabilidades de ruptura e fig 97 traçada na Fig 96 A partir dessas probabilidades de ruptura e fig 97 de 030 seria a curva Figura 95 Espalhamento dos resultados da determinação da resistência ao fadiga S e 2 Smax kgfmm² 50 45 40 35 30 25 20 103 104 105 106 107 108 N Nº de corpos de prova rompidos Texto começando logo após o gráfico 832 Método estatístico para o limite de fadiga Verificouse para a determinação específica do limite de fadiga o método estatístico conduz a grande espalhamento e que esse limite é uma quantidade estatística uma técnica especial O valor indicado na Fig 97 não tem grande precisão Desse modo S1 médio é a média numérica de corpos de prova Figure 96 Curva de distribuição dos resultados da figura anterior esquema média SN da figura Para uma certa tensão máxima aplicada S1 1 dos corpos de prova romperam com N1 ciclos 50 dos corpos de prova romperam com N2 ciclos e assim por diante Notese que quanto mais alta a tensão menos é o rompimento dos corpos o que significa a necessidade da Fig 96 pode ser considerada como uma distribuição válida mesmo que não tenha estudos de MullerStock 1938 2 com ensaios em apenas 20 corpos de prova como uma distribuição válida Na engenharia a probabilidade P deve estar entre 10 e 90 isto é 010 P 090 para projetos no campo da Engenharia 180 de prova a um valor da tensão próximo do valor estimado do limite de fadiga para economia de tempo Caso o corpo de prova se rompa após atingir um número N1 menor que 10 milhões de ciclos a forma da tensão do corpo se modifica e não é mais constante no consumo do teste Esse processo é seguido sempre abaixo do mesmo valor até conseguir uma tensão que não rompa a tensão do corpo de prova Depois se consegue ensaiando corpos de prova de tensão maior outra vez uma tensão que rompa o corpo de prova Atinjase também 2 processos distintos como já foi dito anteriormente ou seja todo aço A tensão de prova devem ser ensaiados dessa maneira em escada No caso hipotético ilustrado na Fig 98 verificase que 10 corpos de prova romperamse 8 na escada sendo portanto ensaiados 18 corpos de prova Para se determinar o limite de fadiga médio dados estatísticos baseiase no evento que ocorra em menos número ou seja 10 corpos de prova No corpo de prova em menos número ou seja ruptura é 1 ou seja 3100 kgfmm² o valor seguinte onde não ocorra ruptura é 0 significa a uma faixa ensaiada onde não ocorreu A tabela auxiliar Tab 17 1 ensaia na forma de corpo de prova que não se rompa e assim por diante N e número de corpos de prova 1 e 0 representa o momento a soma de i1 ni e i1 nj ni e nj representam os resultados pelo método escada Tensão kgfmm² ni sem ruptura ni ni² 3300 3 2 1 2 0 1 0 1 1 4 4 4 9 9 0 8 21 3 31 0 1 3 1 3 8 300 1 Total N 8 A 11 B 21 S 5 S 4 As EXps 120 e 121 fornecem as fórmulas para o cálculo do limite de fadiga médio Se e o desvio padrão U limite de fadiga médio Se NB A 2 NB NB A NB 16204 0029 sendo NB A² maior que 03 121 a Mood 1000 120 Figura 98 Método escada para determinação do limite de fadiga proposto por Dixon Mood 1948 1 Tensãokgfmm² 3700 3600 3500 3400 3300 3200 3100 3000 2900 2700 Nº do corpo de prova 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 X ruptura O sem ruptura CP Nº 01 CP Nº 18 Figura 97 Família de curvas SN para diversas probabilidades de ruptura 1 Fadiga precisa porque foi visto que cada corpo de prova tem o seu próprio limite de fadiga independente dos mecanismos mecânicos principalmente materiais que respeitam enormemente na usinagem do corpo de prova e na fabricação do material Observese que nesses estudos o material mais utilizado é o aço obviamente porque possui limite de fadiga bem definido O método de tentativa seria muito laborioso e impraticável para uma medição precisa como já foi indicado ao ser descrito o método para o concreto no cap 39 Dessas curvas formam o chamado método de tentativa baseado na Estatística que indicam o limite de fadiga existente sem a precisão que deveria ser para os métodos por Dixon e Mood em 1948 que não envolve conceitos muito complicados da Estatística Ilustrado na Fig 98 1 não requer número muito grande de corpos de prova Primeiramente ensaiase um corpo muito grande de corpos de prova Ensaios de fadiga de prova a um valor da tensão próximo do valor estimado do limite de fadiga para economia de tempo Caso o corpo de prova se rompa após atingir um valor N menor que a multiplicidade dos ciclos diminuirá a tenacidade do corpo de prova N é o número de ciclos do ensaios Esse processo é seguido sempre abaixando o valor e ocorrendo o mesmo valor até conseguir elevação sucessiva até a rotação do corpo de prova até conseguir elevação sucessiva até a rotação do corpo de prova até conseguir elevação sucessiva até a rotação do corpo de prova até conseguir novamente corpo de prova até o mesmo valor Se os ciclos continuar o corpo de prova até obter sucessiva de imediato outra vez uma tensão que rompe o corpo de prova Atingido esse valor decrescese a tensão de suspensão impostada pelos autores do método até 25 ciclos de prova devem ser ensaiados dessa maneira em escala 12 833 Métodos gráficos para ensaios com N constante e tensões axiais Figura 99 Diagrama de Smith Peterson Goodman As escalas dos eixos são iguais GTl e CB correspondem a valores de S CA GM correspondem a valores de S Ensaios de fadiga Para um número pequeno de ciclos traçase uma reta a partir do ponto Na no valor Se localizado nas curvas traçadas usando o valor do material para um ciclo completamente reverso onde Sm 0 devem constar igualmente quando se traçam as curvas SN mais co mumente determinada nos ensaios Figura 100 Método de HaighSoderberg 31 b Método gráfico de HaighSoderberg Nesse método colocase no gráfico os valores de Se em ordenadas e de Sm em abscissa Também aqui fixase um certo valor para N em cada curva e a tensão deve igualmente ser axial A Fig 100 31 mostra a curva de HaighSoderberg para vários valores fixados de N bem como o ponto que limita a região não assinalada da resistência que delimitam o gráfico O ponto N da Fig 100 corresponde ao ponto da Fig 99 ambos se situam na região de compressão onde Sf 0 Existem vários outros métodos de apresentação dos resultados aliás esta apresentação tem sido muito considerada neste livro Nos demais artigos e livros sobre fadiga o leitor poderá encontrar esses diversos tipos de ensaios apresentados também em 24 para reunir os resultados dos métodos de fadigos gráficos só úteis para ensaio de tração mas não dispensam a curva SN que deve ser sempre traçada 84 Corpos de prova para ensaio de fadiga Os ensaios de fadiga podem ser realizados com três espécies distintas de corpos de prova 31 1 o corpo ou peça ou um modelo da prova por exemplo uma resina um tecido o corpo da peça ou um modelo podendo determinar a vida da peça uma determinada tensão ou a um determinado número de ciclos desde que se possua maquina apropriada 2 produtos acabados tais como aparelhos eletrônicos automóveis etc que podem ser cotados diretamente em máquinas apropriadas São usados com corpo de prova 3 corpos de prova usados para ensaio Para o estudo prático de prova geralmente são usados corpos de prova de seção circular por isso adotam se preferívelmente máquinas mais caras e que permitem as condições da prática mas exigem máquinas mais caras e que possam reproduzir a forma do corpo de prova plana A forma do corpo de prova plano usado varia muito de acordo com o tipo de solicitação e com as diversas normas propostas para ensaio A figura 101 mostra os tipos de corpos de prova de seção circular ou retangular dependendo do produto normal ou de prova para ensaio sendo a cidade ao longo do seu comprimento com um raio grande de curvatura com picos e vales mínimos em uma fiação em máquinas ou os lados do retângulo O grande raio usado para o mínimo diâmetro ou tensões pela ausência de mudança brusca de seção A tensão aplicada é tomada uniformemente para simplicidade A seção útil da barra é normalizada que não possuam conicidade ficando a parte útil paralela como no ensaio de tração Figura 101 Desenhos esquemáticos de alguns tipos de corpos de prova a para ensaio de fadiga por flexão rotativa ou qualquer outro carregamento axial b tipo I retangular para ensaio rotativo de tensão alternada c tipo II para ensaio rotativo de fadiga por torsão alternada d para ensaio incompleto de fadiga por tração e para ensaio de fadiga por traçãocompressão 31 esquemas c e e podem ser usados para fadiga por traçãocompressão 31 A Fig 101 mostra alguns dos diversos tipos de corpos de prova utilizados 831 A parte útil do corpo de prova deve ter um acabamento superficial perfeito com limitação do tipo espelhado Em trabalhos modernos deve ser feita de fadiga existentes nas normas técnicas indicam como final ensaio com preparação do corpo de prova O efeito da superfície valor das pequenas variações nas dimensões dos corpos de prova quase não alteram os resultados da importância o tipo de solicitação Os tipos mostrados são os usados no ensaio de fadiga em corpos de prova cilíndricos de açocarbono 1954 Todos com variados tratamentos térmicos aços ferro fundido ou açoliga todos com garantia de tratar para os ensaios Experimentalmente foi demonstrado que para corpos com pequenas espessuras o tipo de prova em corpos grandes corpos prova tendo menor mudança brusca de secção porém o efeito das dimensões tem significativa predominância devido à modificação do gradiente de tensões no entalhe Fig 102 31 Grandes corpos Figura 102 a Tipo de corpo de prova entalhado para ensaio de fadiga conforme proposta da ASTM manual on fatigue testing 75sêrie para determinação estático da distribuição de tensões no entalhe 31 Diâmetro do corpo de prova mm 1962 3810 15240 2520 2030 1470 Skgmm2 Limite de fadiga de um açocarsobonem temperado 045C ensaiado por flexão rotativa 31 D 12192 mm a 7620 mm d 18 15875 mm r raio r D d Snom Smix Smax 85 Efeito da concentração de tensões No capítulo precedente foi introduzido o conceito de fator de concentração de tensões K Num corpo de prova entalhado para ensaio de tração a concentração de tensões rememse como intensidade da fadiga ao material não entalhado e entalhado Para o caso em que o material não apresenta patamar na curva SN substituise Se e Sr por Sn e Sr de acordo com as expressões que dependem da severidade do tipo de entalhes Verificouse por meio de experimentos de tensões que K1K diminui o que significa que a dureza do entalhe é menor e a severidade ao entalhe q é dada pela expressão 2 onde S Sr são os limites de fadiga para os corpos de prova respectivamente nãoentalhado e entalhado Para o caso em que o material não apresenta patamar na curva SN substituise Se e Sr por Sn e Sr de acordo com as expressões que dependem da severidade do tipo de entalhes Verificouse por meio de experimentos de tensões que K1K diminui o que significa que a dureza do entalhe é menor e a severidade ao entalhe q é dada pela expressão 2 qK1K1 A relação 124 é válida mesmo se se considerar um fator de tensão biaxial O valor q pode variar de zero quando K11 até 1 quando KK1 O caso de q1 significa que o entalhe não é sensível à entalhe isto é Se ou Sr Sr Também a sensibilidade ao entalhe depende do quarto de seção do carregamento do tamanho do corpo de prova e do limite de resistência do corpo de prova a que o corpo de prova obedece Os princípios motivos para serem usados corpos de prova entalhados dos mesmos materiais com alinhadores dinâmicos e térmicos para ensaio de fadiga em condição de carregamento biaxial Weissman Kaplan 1950 33 A in Fig 104 esquema e função do raio do entalhe para aço temperado e revalorizado curva 1 aço recozado e normalizado pela teoria do elástico 86 Efeito da superfície do corpo de prova A Tab 20 24 indica o efeito do acabamento superficial no limite da fadiga de um corpo de prova de açocarbono tipo mécanico colocado a tração através de estudos de Thomas 1952 de Moore Kommers 1921 De acordo com o Manual on Fatigue Testing da ASTM 31 a concentração de tensões pode ser significativamente reduzida conforme a preparação superficial pela seção entalhada dos mesmos Por Peterson em 1959 1 Em regra quanto maior o diâmetro do corpo de prova e o seu limite de resistência maior será o valor de K Além disso materiais com granulação fina também têm q maiores Pela pequena inclinação da curva SN na parte inicial região que corresponde à secção entalhada a tensão média aplicada no corpo de prova rompeu num tempo muito mais curto que no mostrada como uma fratura por fadiga é muito mais sensível a concentração de tensões que uma fratura do tipo dúctil Figura 104 Variação de como o raio r de entalhe afeta a secção ligra da entalhe desde r0 1 curva II e liga de alumínio curva III conforme estudos realizados por Peterson em 1959 1 Figura 103 Efeito de entalhe na curva SN dos aços 33 gradiente de tensões tem limite de fadiga mais baixo Existe um valor crítico da tensão que deve ser ultrapassado sobre uma certa profundidade na seção entalhada do material para ocasionar a propagação da mesma Assim a tensão média em corpos de prova entalhados grandes é melhor A média em corpos de prova entalhados pequenos é maior Os resultados dos ensaios de fadiga em laboratório conduzem pois que a comparação de uma ruptura por fadiga em laboratório dos ensaios entalhados deve levar muito cuidado e não é satisfatória nem desejável assim os procedimentos da prática ainda para procurar imitar no laboratório as condições de serviço em condição de uso real para os casos em que existem em ambos os o uso do entalhe não podem ser satisfeitos pelo teste e a redução da prática alterando muito o gradiente de tensões que é o agente provocador da nucleação da trinca a partir de um ponto na superfície da seção entalhada Na prática o gradiente de tensão onde for aumentado de DP para 10P A probabilidade de ocorrência de uma falha decorrente de propagação da trinca num corpo de prova pequeno entalhado ou não corpo de prova entalhados são ensaios usualmente por dade de se encontrar uma diferença nos resultados entre os corpos de prova entalhados sob tensões iguais que afetam a ruptura por fadiga dos metais tais como irregularidades pouco marcantes no entalhe por exemplo poros e falhas da superfície e o que se deve ao efeito dos teores de oxidos superficiais gradaientes de concentração entalhada dos mesmo Proposições calculadas pela seção entalhada da ASTM 31 a concentração de tensões para um fato de concentração K é fornecida De acordo com o Manual on Fatigue Testing da ASTM 31 a concentração de tensões empregados nessa tabela referemse aos dados no desenho do corpo de prova entalhado da Fig 102 Tabela 19 Variação de K com as dimensões do corpo de prova fator teórico de concentração de tensão Kso Carga axial Carga de tração K1 K1 K1 K1 K1 100 180 225 260 310 129 129 160 207 211 275 210 345 300 030 031 086 088 058 065 031 030 039 043 074 059 031 030 034 035 035 044 069 050 028 026 025 031 026 020 400 400 410 410 390 360 340 332 385 365 340 338 388 388 380 330 280 250 253 250 250 235 220 211 222 215 185 150 140 133 122 Nessa tabela K1 e calculado por K1SmaxSmax para coeficiente de Poisson v 03 Enseios mecânicos de materiais metálicos 186 Uma superfície mal acabada contém irregularidades que como se fosse um entalhe aumentam a concentração de tensões resultando em tensões residuais que tendem a diminuir a resistência à fadiga do material Aço descarbonetado superficialmente também possui menor resistência à fadiga maior foi a causa do desenvolvimento 8 O mesmo acontece em defeitos causados pelo polimento como por exemplo dorços recozimento irriass etc Tratamentos superficiais endurecem a zona próxima com carga de flexão ou torção a obsevação principal exempla que anodização pode conduzir uma liga de alumínio que não apresenta patamar na curva s 1 a ternao de fadiga definido Ensaios de torção e flexão limite de fadiga da superfície A retirada da camada superficial endurecida apresenta os mesmos resultados na interfae intermédia do endurecido O endurecimento superficial produzido com alta dureza adora os materiais base Tratamentos superficiais como cromação nitretação fosfatização diminuem a resistência à fadiga porque introduzem inquielação e outros catálogos entre tensões residuais e dano por fadiga Essa dependência importante da fadiga com o acabamento superficial é tradicionalmente resumida como sendo uma constante de fatiga quase permanente para a maioria dos ensaios flexão ou torção ocasionam as tensões máximas isolados nos ensaios com cargas axiais quase sempre a ruptura se inicia na superfície Concluise pois que o acabamento superfície dos diversos corpos de prova utilizados no ensaio de fadiga deve ser sempre o mesmo para dar resultado comparativo e reprodutíveis A influência do acabamento superficial é maior quanto mais alto for o limite de resistência do material e menor sensibilidade a resistência da alta qualidade de uma superfície ao limite de resistência 87 Efeito das condições de ensaio Os efeitos vistos até aqui referemse às condições do corpo de prova porém o efeito da ligação depende também das várias associadas às condições do ensaio como as tensões velocidade de variação das tensões bem menor escala temperatura e meio ambiente No item 81 será visto o efeito da temperatura sobre o ensaio de fadiga 871 Efeito da tensão média em ciclo não completamente reverso No item 82 foi mostrado que uma das curvas para apresentação dos resultados seria o de construir um diagrama σa R Isso pode ser feito e obter várias curvas uma para cada valor de R Tabela 20 Influência do acabamento superficial no limite de fadiga 24 Acabamento Aço 04C temperado e trefilado flexão rotativa Aço 002C recozido flexão rotativa Aço 033C cantilever rotativo Aço SAE 1045 flexão rotativa Limite de fadiga kgfmm² de desvio do acabamento padrão Limite de fadiga kgfmm² de desvio do acabamento padrão Limite de fadiga kgfmm² de desvio do acabamento padrão Limite de fadiga kgfmm² de desvio do acabamento padrão Alto polimento longitudinal1 353 103 290 102 217 100 Polimento padrão pó de esmeril fino 343 100 182 100 283 100 217 100 Esmeril grosso 273 100 Esmerilhado 315 93 95 90 Lima fina 269 Torneado fino 301 88 168 92 255 95 266 90 Torneado grosso 290 85 161 88 196 90 Lima bastarda 248 88 Lima grossa 230 81 por meio de ensaios com diferentes ciclos de tensão decrescendo Smax e ajustando Sm para manter R constante para cada curva O caso de R 10 é o caso de completo reverso onde Sm 0 verificase que para os R maiores que 10 isto é com ten sóis não se tem zero o limite de fadiga aumenta Em 832 foram vistos os efeitos de Sm nos diagramas obtidos pelos ensaios de fadiga que corroboram as análises A figura discutida atrás diagrama de HaighSoderberg mostra ensaios de fadiga e se baseia nas relações de Gerber e Vale tanto para o lado da tração como para o lado da compressão A fórmula de Gerber e 125 S SmσT² 1 126 Sσf SmσT 1 127 Sσf SmσT σmσu 1 Em projeto de Engenharia podese facilitar o uso dessas curvas aproximandoas de uma reta conforme as relações de Goodman 126 e de Soderberg 127 onde σe é o limite de resistência σf é o limite de escoamento no ensaio de tração e Se é o limite de fadiga para um ciclo reverso Sm0 Teoricamente assumindose que a energia de deformação elástica absorvida durante N ciclos de carga reversa corresponde a energia de deformação para o caso de tensão estática superimposta a uma Figura 105 Variações teóricas e práticas do diagrama de HaighSoderberg da Fig 100 2 Tensão senoidal variante com o tempo podese mostrar que vale tam 192 bem a relação elíptica 128 S2 S2m2 1 A Fig 105 mostra o diagrama da Fig 100 experimental para as quatro relações 125 126 127 e 128 Para cada tipo de solicitação objetase resultados diferentes con forme as tensões usadas Assim quando os esforços não forem axiais os valores obtidos para S e Sm serão diferentes 872 Efeito da velocidade de ensaio Foi verificado por diversos autores nas mais variadas experiências que a velocidade do ensaio em ciclos por unidade de tempo não tem grande influência na resistência à fadiga dos aços para o mesmo tipo de solicitação quando se empregam frequências usuais nos ensaios comuns grande parte entre 10 a 100 Hz embora por um limite de frequências mais altas ocorra um pequeno aumento na resistência à fadiga Estudos de Korbel e Hempel 1936 3 verificaram que aumen ta a resistência à fadiga de 45 a 60 000 ciclosminuto a resistência à fadiga aumenta de 2 a 10 de 20 conforme experiências de Fluck em 1951 8 873 Efeito do meio ambiente A influência da atmosfera na ruptura por fadiga é considerável geralmente provocando grande redução no limite de fadiga do material metal pedra ou nãoferroso 1 1 3 Há casos porém em que a pressão ferroso ou nãoferroso é tão alta que o processo de prova desaparecer Um aço carbono com 06 de fadiga pode ser assiado em meio salino ou ácido seu ferroso podendo em meio salino ou ácido cerca de 65 com poder oxidante formando óxidos ferruginosos compro vontade de ponto de flutuação e solução salina com pH ácido cerca de 65 com constituição de Radd e outros em 1959 8 Em complemento os efeitos ensaios é importante portanto mencionar o pron córreio sofrido pelo corpo de prova ocasiona uma redução A ação do oxigênio ou umidade pouco são a maior da fadiga pronunciada nas propriedades fadiga dos metais que é maior da e usada pela corrosão isoladamente Essa redução é de fato 874 Efeito da variação da tensão máxima durante o ensaio Outras variações que afetam a fadiga dos metais serão vistas no capítulo referente às propriedades mecânicas com relação à estrutura interna dos metais sob o ponto de vista físicometalúrgico Até agora foi visto ensaio de fadiga onde a tensão máxima ou a amplitude dos esforços durante o ensaio permanecem constantes Quando porém essa tensão for alterada subitamente ou por etapas no decorrer da curva SN do teste verificase alterações no comportamento do metal quanto à fadiga Nesse capítulo serão vistas a sobretensão e a subtenção mais conhecidas por overstress e understress a Sobretensão Se um corpo de prova for ensaiado com uma tensão S máxima superior ao seu limite de fadiga S durante um número de ciclos N poderá ocorrer necessidade para rompêlo indicado pela curva SN e nessas condições esse corpo de prova tem maior potência para manter a deformação depois essa tensão for abaixada a um valor S inferior porém maior ainda que S e ele romperia após atingir um número de ciclos N menor que o previsto pela curva SN representado no ponto F da Fig 106 1 e depois reduzida para S o corpo de prova rompe no ponto com um número de ciclos N representado pelo ponto H na mesma figura Caso o corpo de provavesse sofrer excesso de tensão com a indicação de romper quando atingisse o número de ciclos indicado na Fig 106 pelo ponto D O decréscimo na vida BD do corpo de prova é dado por HD causado pela sobretensão EF O valor do indicado na Fig 106 para o limite de fadiga determinado Está confirmando se vários corpos de prova com diversas sobretensões e reduzindose a tensão em todos eles para S em vez de S podese obter uma linha de pontos que forma uma curva chamada linha de proteção que conforme mostra a Fig 107 3 À esquerda dessa linha a material não é afetado pela sobretensão e à direita é afetado Para um número N qualquer de ciclos na um limite de fadiga que pode ser traçada uma linha chamada linha de proteção da Fig 107 3 de acordo com Russell 1936 3 um aço extradocé é muito sensível à sobretensão emquanto que o aço inoxidável é menos sensível a conforme experiências feitas por diversos autores quanto maior a queda de S para S maior será a porcentagem do decrescimento da vida do corpo de prova No caso inverso se no lugar de decrescer a tensão for feito um aumento de S para S a porcentagem de acréscimo da vida do corpo de prova será menor Figura 106 Esquema do ensaio de fa diga com sobretensão 1 Tensão Log S B H F S2 G Se F S S 1 0 m 194 Ensaios mecânicos de materiais metálicos Fig 107 Curvas SN montrando a linha de perda a aço extrudado e b aço inoxidável 1 h Submissaõ A submissaõ é aquela onde o material é ensaiado a uma tensão abaixo do seu limite de fadiga durante um longo número de ciclos e assim é significativamente um valor mais alto maior que Sf 1 A sobrecarga frequentemente aumenta a resistência à fadiga do material isto é ele rompe com um número menor de ciclos no indicado pelo curva SN mantendo esse rompimento aparentemente causado isoladamente mecanicamente estável Porém esse fenômeno é atribuído a nucleação de trincas Caso o aumento da tensão seja número de ciclos grande em pequenas etapas o aumento da resistência à fadiga será substancial A propagação da trinca em aço inoxidável para uma carga inicial cada uma das etapas o aumento em aço de alta resistência a fadiga em ligas de maior chegando 15108 em casos de baixa liga tratados termicamente aumentando e menor ou mesmo nulo Sinclair 1952 1 88 Fratura por fadiga Há muita controvérsia sobre as teorias da fratura de fadiga com respeito a propagação de uma trinca de fadiga devido a dificuldade de observar o início da trinca em alguns casos é a variedade de mecanismos que determinam a ruptura do metal Neste livro será apresentada uma pequena resenha dos conhecimentos sobre as teorias de fratura Um fator polior poderá se aprofundar no assunto através da bibliografia existente As placas de ruptura de um metal sujeito à fadiga são essencialmente as da primeira camada na prática todo o tempo da que a camada superior da peça atinge 4 ou corpo de prova A propagação da trinca é relativamente pequena a porção menor A seção tensionada fique relativamente pequena a porção menor não consegue romper de imediato e a ruptura ocorre repentina 196 da fadiga diferem daquelas originadas pelos ensaios de carga unidirecional somente pela topografia das mesmas Um exame microscópico do lado de fratura que delas ocorreu mostra que em muitas peças danificadas não originar as trincas devido ao fato de agirem como concentradoras de tensões forçandose uma deformação localizada naqueles pontos de tensões podendo estas trincas serem germinadas com os primeiros milhares de ciclos de tensão e no decorrer do ensaio ou aumentando em número não importando o valor da tensão máxima ou amplitude abaixo do limite de fadiga do metal Quanto menor o número de ciclos mais finas serão as bandas ou linhas de escorregamento tanto que são visíveis antes de ocorrer 106 de ensaio Há uma dissociação através da forma anterior de idéia entre as trincas detectadas O desenvolvimento de trincas de fadiga dentro das bandas totais paralelas às linhas de escorregamento e dentro de tais bandas discordâncias e várias teorias foram propostas para esses mecanismos teorias de Orowan de Wood de Mott de Cottrel e Hull e outras 1 mas não até hoje Uma vez iniciada a trinca ela se propaga macroscópicamente e de uma maneira descontínua em um plano situado em ângulo reto com o plano avançando alternativamente a propagação microscópica e o estágio II O estágio I de propagação microscópica mostra a etapa do plano II Fig 10 4 propagação durante o estágio II de pagamento consecutivos de trinca conforme o ciclo fazendo com que o crescimento da trinca seja da sua longitudinal de um certo incremento menor do que a espessura transversal ou seja as trincas existentes no metal ou de outros fatores metalúrgicos mas que tenham uma tensão mínima para acontecer assim temos próximo do metal sujeito a fadiga com tensões baixas Ensaios efetuados com tensões de tração e compressão demonstraram que a introdução deste fenômeno não é importante terceiros efeitos de um metal sujeito a fadiga com tensões baixas paradas dentro da trinca realista de forma mais simples Verificouse experimentalmente que quanto maior for o volume da peça submetida a ensaio de prova maior será a freqüência da formação de trincas e consequentemente a probabilidade existirá Com múltiplos níveis de tensões as trincas têm caráter mais dúctil nucleando no interior do metal A nucleação nas bandas ocorre com Figura 107 Diagrama esquemático mostrando as regiões de cristal e defeitos na propagação de uma trinca de fadiga Vácio ou lacuna Defeito puntual encontrado na rede cristalina de átomos que consiste em estar ocupada por um átomo numa posição normal da rede onde deveria estar ocupado A queda do limite de fadiga para os ferros fundidos com a elevação da temperatura é bem menos pronunciada que nos aços Conforme estudos Moore 1927 3 a 700 C limite de fadiga de um ferro fundido cinzento é 52 kgfmm² ao passo que a 15 C esse limite é de 85 kgfmm² e onde se nota que a queda é pequena ENSAIOS DE FADIGA Introdução O ensaio de fadiga é um dos principais métodos para avaliar a resistência de materiais metálicos à fadiga É um ensaio fundamental para a análise de materiais que serão utilizados em componentes mecânicos e estruturas submetidos a cargas cíclicas Por meio do ensaio de fadiga é possível determinar a resistência à fadiga de um material Dessa forma o ensaio de fadiga é essencial para garantir a segurança e confiabilidade de materiais metálicos 12032023 Definição do ensaio de fadiga O ensaio de fadiga é um método utilizado para avaliar a resistência de materiais metálicos à fadiga No ensaio de fadiga uma amostra do material é submetida a um carregamento cíclico O objetivo é simular as condições reais de aplicação do material O ensaio de fadiga gera um conjunto de dados que permite construir a curva SN Essa curva é fundamental para a análise da resistência à fadiga de um material 12032023 Como o ensaio de fadiga é realizado e quais são os resultados obtidos O ensaio de fadiga é realizado por meio de uma máquina de ensaio específica conhecida como máquina de fadiga É conduzido em uma atmosfera controlada com temperatura e umidade regulada Durante o ensaio de fadiga a amostra é submetida a um carregamento cíclico Os resultados obtidos no ensaio de fadiga são usados para construir a curva SN Além disso os resultados do ensaio de fadiga também podem ser usados para avaliar a qualidade do material identificar defeitos e falhas em sua estrutura 12032023 Apresentação da curva SN e sua importância na análise de fadiga A curva SN é uma representação gráfica da relação entre a amplitude do carregamento S e o número de ciclos necessários para causar a falha do material N É importante porque fornece informações sobre a capacidade do material de suportar cargas cíclicas repetidas ao longo do tempo A partir da curva SN é possível determinar a amplitude de carregamento que o material é capaz de suportar por um determinado número de ciclos antes de falhar A curva SN também é usada para comparar a resistência à fadiga de diferentes materiais e avaliar a qualidade do material 12032023 Como a curva SN é obtida e como ela é interpretada Durante o ensaio são registrados os valores da amplitude de carregamento e do número de ciclos necessários para causar a falha do material Com base nesses dados é possível construir a curva SN Para construir a curva os valores de S e N são plotados em um gráfico loglog onde o eixo horizontal representa o logaritmo da amplitude de carregamento e o eixo vertical representa o logaritmo do número de ciclos necessários para causar a falha do material A curva SN é interpretada de acordo com a posição do material em relação à curva É possível ler o número de ciclos necessários para causar a falha do material e a partir disso prever sua vida útil sob cargas cíclicas 12032023 Fatores que afetam a fadiga dos materiais metálicos A fadiga dos materiais metálicos é afetada por uma série de fatores que podem influenciar tanto a resistência à fadiga quanto a vida útil do material Entre os principais fatores que afetam a fadiga dos materiais metálicos destacamse Frequência de carregamento Temperatura Umidade Composição do material 12032023 Aplicações do ensaio de fadiga na indústria O ensaio de fadiga é uma ferramenta fundamental na indústria para avaliar a resistência à fadiga de materiais metálicos e projetar componentes mecânicos que serão submetidos a cargas cíclicas repetidas ao longo do tempo Algumas das aplicações mais comuns do ensaio de fadiga na indústria incluem Projeto de componentes mecânicos Avaliação de vida útil de estruturas metálicas Desenvolvimento de novos materiais Análise de falhas 12032023 Conclusões Em conclusão o ensaio de fadiga é uma ferramenta fundamental na análise de materiais metálicos na indústria A curva SN é uma representação gráfica importante que ilustra a relação entre a tensão cíclica máxima e o número de ciclos até a falha As aplicações do ensaio de fadiga são amplas e variadas Por fim é importante destacar que o ensaio de fadiga deve ser realizado com precisão e seguindo os padrões estabelecidos pela normatização garantindo assim resultados confiáveis e precisos que poderão ser utilizados na tomada de decisões importantes na indústria 12032023 Referências bibliográficas Principal SOUZA Sérgio Augusto de Ensaios Mecânicos de Materiais Metálicos São Paulo Ed Blucher 2010 Adicionais CALÇADA M L REIS L M CORREIA J R LOURO C Ensaios Mecânicos de Materiais Metálicos Porto FEUP Edições 2007 CALLISTER JR W D RETHWISCH D G Ciência e Engenharia de Materiais Uma Introdução Rio de Janeiro LTC 2012 DIETER G E Metalurgia Mecânica São Paulo Edgard Blücher 1984 HIBBELER R C Resistência dos Materiais São Paulo Pearson Prentice Hall 2010 MECHLER A S SANTOS A L dos GOMES R J Ensaios Mecânicos dos Materiais Rio de Janeiro LTC 2012 12032023 ROTEIRO DE APPRESENTAÇÃO 1 Introdução O ensaio de fadiga é um dos principais métodos para avaliar a resistência de materiais metálicos à fadiga ou seja a capacidade dos materiais de suportar cargas cíclicas repetidas ao longo do tempo sem sofrer danos ou falhas É um ensaio fundamental para a análise de materiais que serão utilizados em componentes mecânicos e estruturas submetidos a cargas cíclicas como pontes aviões veículos automotivos entre outros Por meio do ensaio de fadiga é possível determinar a resistência à fadiga de um material o que permite avaliar sua capacidade de suportar as cargas repetidas que serão aplicadas durante sua vida útil Dessa forma o ensaio de fadiga é essencial para garantir a segurança e confiabilidade de materiais metálicos em diversos setores industriais 2 Definição do ensaio de fadiga O ensaio de fadiga é um método utilizado para avaliar a resistência de materiais metálicos à fadiga ou seja a capacidade desses materiais de suportar cargas cíclicas repetidas ao longo do tempo sem sofrer danos ou falhas No ensaio de fadiga uma amostra do material é submetida a um carregamento cíclico com amplitude e frequência definidas por um determinado período de tempo O objetivo é simular as condições reais de aplicação do material avaliando sua capacidade de suportar as cargas repetidas que serão aplicadas durante sua vida útil O ensaio de fadiga gera um conjunto de dados que permite construir a curva SN que relaciona a amplitude do carregamento com o número de ciclos necessários para causar a falha do material Essa curva é fundamental para a análise da resistência à fadiga de um material e sua aplicação em diferentes contextos industriais 3 Como o ensaio de fadiga é realizado e quais são os resultados obtidos O ensaio de fadiga é realizado por meio de uma máquina de ensaio específica conhecida como máquina de fadiga Essa máquina é capaz de aplicar cargas cíclicas com amplitude e frequência controladas em uma amostra do material a ser testado O ensaio é conduzido em uma atmosfera controlada com temperatura e umidade reguladas para simular as condições de operação reais do material Durante o ensaio de fadiga a amostra é submetida a um carregamento cíclico com uma amplitude definida por um determinado número de ciclos A amplitude do carregamento pode ser variada para avaliar a resistência à fadiga do material em diferentes níveis de estresse A frequência de carregamento também pode ser variada para simular as condições reais de aplicação do material Os resultados obtidos no ensaio de fadiga são usados para construir a curva SN que relaciona a amplitude do carregamento com o número de ciclos necessários para causar a falha do material Essa curva é usada para avaliar a resistência à fadiga do material e prever sua vida útil sob cargas cíclicas Além disso os resultados do ensaio de fadiga também podem ser usados para avaliar a qualidade do material identificar defeitos e falhas em sua estrutura e orientar o processo de desenvolvimento de novos materiais com maior resistência à fadiga 4 Apresentação da curva SN e sua importância na análise de fadiga Não explique a curva no slide É só uma ilustração A obtenção analítica da curva é um assunto mais profundo e deve ser feito em outro momento A curva SN é uma representação gráfica da relação entre a amplitude do carregamento S e o número de ciclos necessários para causar a falha do material N Essa curva é obtida a partir dos resultados do ensaio de fadiga e é fundamental para a análise da resistência à fadiga do material A curva SN é importante porque fornece informações sobre a capacidade do material de suportar cargas cíclicas repetidas ao longo do tempo Ela permite avaliar a resistência à fadiga do material em diferentes níveis de estresse e prever sua vida útil sob cargas cíclicas A partir da curva SN é possível determinar a amplitude de carregamento que o material é capaz de suportar por um determinado número de ciclos antes de falhar A curva SN também é usada para comparar a resistência à fadiga de diferentes materiais e avaliar a qualidade do material Materiais com curvas SN mais elevadas indicam maior resistência à fadiga e portanto maior vida útil sob cargas cíclicas Além disso a curva SN pode ser usada para identificar defeitos e falhas na estrutura do material orientando o processo de desenvolvimento de novos materiais com maior resistência à fadiga Em resumo a curva SN é uma ferramenta fundamental para a análise da resistência à fadiga de materiais metálicos e sua aplicação em diferentes contextos industriais Ela fornece informações cruciais para garantir a segurança e confiabilidade de materiais submetidos a cargas cíclicas repetidas ao longo do tempo 5 Como a curva SN é obtida e como ela é interpretada A curva SN é obtida a partir dos resultados do ensaio de fadiga que consiste em submeter uma amostra do material a um carregamento cíclico com amplitude e frequência controladas por um determinado número de ciclos Durante o ensaio são registrados os valores da amplitude de carregamento e do número de ciclos necessários para causar a falha do material Com base nesses dados é possível construir a curva SN que representa a relação entre a amplitude do carregamento S e o número de ciclos necessários para causar a falha do material N Para construir a curva os valores de S e N são plotados em um gráfico loglog onde o eixo horizontal representa o logaritmo da amplitude de carregamento e o eixo vertical representa o logaritmo do número de ciclos necessários para causar a falha do material A curva SN é então traçada ligando os pontos obtidos no ensaio de fadiga A curva SN é interpretada de acordo com a posição do material em relação à curva Materiais que estão acima da curva SN possuem maior resistência à fadiga e portanto maior vida útil sob cargas cíclicas Já materiais que estão abaixo da curva SN possuem menor resistência à fadiga e são mais propensos a falhar sob cargas cíclicas A curva SN também pode ser usada para prever a vida útil do material sob cargas cíclicas Para isso é necessário determinar a amplitude de carregamento que o material será submetido em sua aplicação real e localizála na curva S N Em seguida é possível ler o número de ciclos necessários para causar a falha do material e a partir disso prever sua vida útil sob cargas cíclicas Em resumo a curva SN é obtida a partir dos resultados do ensaio de fadiga e representa a relação entre a amplitude do carregamento e o número de ciclos necessários para causar a falha do material Ela é interpretada de acordo com a posição do material em relação à curva e pode ser usada para prever a vida útil do material sob cargas cíclicas 6 Fatores que afetam a fadiga dos materiais metálicos A fadiga dos materiais metálicos é afetada por uma série de fatores que podem influenciar tanto a resistência à fadiga quanto a vida útil do material Entre os principais fatores que afetam a fadiga dos materiais metálicos destacamse Frequência de carregamento a frequência de carregamento afeta a fadiga dos materiais metálicos porque cargas cíclicas com frequências mais altas podem causar falhas mais rapidamente Isso ocorre porque a deformação plástica causada pelo carregamento cíclico pode se acumular mais rapidamente em frequências mais altas levando à falha do material em um menor número de ciclos Temperatura a temperatura também afeta a fadiga dos materiais metálicos pois temperaturas mais altas podem reduzir a resistência à fadiga do material Isso ocorre porque temperaturas mais altas podem causar deformação plástica mais rápida e reduzir a tenacidade do material tornandoo mais suscetível à falha por fadiga Umidade a umidade pode afetar a fadiga dos materiais metálicos porque pode causar corrosão e reduzir a resistência à fadiga do material A corrosão pode enfraquecer a superfície do material e tornálo mais suscetível à falha por fadiga enquanto a umidade pode causar danos microscópicos ao material e reduzir sua tenacidade Composição do material a composição do material também pode afetar a fadiga pois diferentes materiais possuem diferentes propriedades mecânicas e de resistência à fadiga Materiais com maior resistência à tração e maior tenacidade geralmente apresentam maior resistência à fadiga enquanto materiais com microestruturas mais frágeis podem ser mais suscetíveis à falha por fadiga Em resumo a fadiga dos materiais metálicos é afetada por vários fatores incluindo a frequência de carregamento temperatura umidade e composição do material É importante levar em consideração esses fatores ao realizar ensaios de fadiga e projetar componentes que serão submetidos a cargas cíclicas repetidas ao longo do tempo 7 Aplicações do ensaio de fadiga na indústria O ensaio de fadiga é uma ferramenta fundamental na indústria para avaliar a resistência à fadiga de materiais metálicos e projetar componentes mecânicos que serão submetidos a cargas cíclicas repetidas ao longo do tempo Algumas das aplicações mais comuns do ensaio de fadiga na indústria incluem Projeto de componentes mecânicos o ensaio de fadiga é utilizado para determinar a resistência à fadiga de componentes mecânicos tais como molas engrenagens eixos e estruturas soldadas Os resultados do ensaio podem ser usados para projetar componentes que tenham uma vida útil adequada sob cargas cíclicas Avaliação de vida útil de estruturas metálicas o ensaio de fadiga é usado para avaliar a vida útil de estruturas metálicas tais como pontes torres eólicas e plataformas offshore Essas estruturas são projetadas para resistir a cargas cíclicas repetidas ao longo do tempo e o ensaio de fadiga pode ser utilizado para determinar se as estruturas estão em conformidade com os padrões de segurança Desenvolvimento de novos materiais o ensaio de fadiga é uma ferramenta importante para o desenvolvimento de novos materiais com maior resistência à fadiga Os resultados do ensaio podem ser usados para otimizar a composição do material e a microestrutura a fim de melhorar a resistência à fadiga Análise de falhas o ensaio de fadiga também pode ser usado para analisar as causas de falhas em componentes e estruturas metálicas O ensaio pode ser realizado em componentes que falharam por fadiga para determinar a causa da falha e desenvolver medidas preventivas para evitar futuras falhas Em resumo o ensaio de fadiga é amplamente utilizado na indústria para avaliar a resistência à fadiga de materiais metálicos e projetar componentes mecânicos e estruturas que serão submetidos a cargas cíclicas repetidas ao longo do tempo Ele também é útil para o desenvolvimento de novos materiais e para analisar as causas de falhas em componentes e estruturas metálicas 8 Conclusões Em conclusão o ensaio de fadiga é uma ferramenta fundamental na análise de materiais metálicos na indústria Ele permite avaliar a resistência à fadiga dos materiais e projetar componentes e estruturas que serão submetidos a cargas cíclicas repetidas ao longo do tempo Além disso ele é útil para o desenvolvimento de novos materiais e para analisar as causas de falhas em componentes e estruturas metálicas A curva SN é uma representação gráfica importante que ilustra a relação entre a tensão cíclica máxima e o número de ciclos até a falha A interpretação da curva SN é fundamental para o desenvolvimento de projetos seguros e eficientes na indústria As aplicações do ensaio de fadiga são amplas e variadas Desde o projeto de componentes mecânicos até a avaliação da vida útil de estruturas metálicas o ensaio de fadiga é uma ferramenta essencial que ajuda a garantir a segurança e a confiabilidade dos produtos e estruturas fabricadas com materiais metálicos Por fim é importante destacar que o ensaio de fadiga deve ser realizado com precisão e seguindo os padrões estabelecidos pela normatização garantindo assim resultados confiáveis e precisos que poderão ser utilizados na tomada de decisões importantes na indústria 9 Referências bibliográficas Apresente a principal e sugira as referências adicionais fornecidas ROTEIRO DE APPRESENTAÇÃO 1 Introdução O ensaio de fadiga é um dos principais métodos para avaliar a resistência de materiais metálicos à fadiga ou seja a capacidade dos materiais de suportar cargas cíclicas repetidas ao longo do tempo sem sofrer danos ou falhas É um ensaio fundamental para a análise de materiais que serão utilizados em componentes mecânicos e estruturas submetidos a cargas cíclicas como pontes aviões veículos automotivos entre outros Por meio do ensaio de fadiga é possível determinar a resistência à fadiga de um material o que permite avaliar sua capacidade de suportar as cargas repetidas que serão aplicadas durante sua vida útil Dessa forma o ensaio de fadiga é essencial para garantir a segurança e confiabilidade de materiais metálicos em diversos setores industriais 2 Definição do ensaio de fadiga O ensaio de fadiga é um método utilizado para avaliar a resistência de materiais metálicos à fadiga ou seja a capacidade desses materiais de suportar cargas cíclicas repetidas ao longo do tempo sem sofrer danos ou falhas No ensaio de fadiga uma amostra do material é submetida a um carregamento cíclico com amplitude e frequência definidas por um determinado período de tempo O objetivo é simular as condições reais de aplicação do material avaliando sua capacidade de suportar as cargas repetidas que serão aplicadas durante sua vida útil O ensaio de fadiga gera um conjunto de dados que permite construir a curva SN que relaciona a amplitude do carregamento com o número de ciclos necessários para causar a falha do material Essa curva é fundamental para a análise da resistência à fadiga de um material e sua aplicação em diferentes contextos industriais 3 Como o ensaio de fadiga é realizado e quais são os resultados obtidos O ensaio de fadiga é realizado por meio de uma máquina de ensaio específica conhecida como máquina de fadiga Essa máquina é capaz de aplicar cargas cíclicas com amplitude e frequência controladas em uma amostra do material a ser testado O ensaio é conduzido em uma atmosfera controlada com temperatura e umidade reguladas para simular as condições de operação reais do material Durante o ensaio de fadiga a amostra é submetida a um carregamento cíclico com uma amplitude definida por um determinado número de ciclos A amplitude do carregamento pode ser variada para avaliar a resistência à fadiga do material em diferentes níveis de estresse A frequência de carregamento também pode ser variada para simular as condições reais de aplicação do material Os resultados obtidos no ensaio de fadiga são usados para construir a curva SN que relaciona a amplitude do carregamento com o número de ciclos necessários para causar a falha do material Essa curva é usada para avaliar a resistência à fadiga do material e prever sua vida útil sob cargas cíclicas Além disso os resultados do ensaio de fadiga também podem ser usados para avaliar a qualidade do material identificar defeitos e falhas em sua estrutura e orientar o processo de desenvolvimento de novos materiais com maior resistência à fadiga 4 Apresentação da curva SN e sua importância na análise de fadiga Não explique a curva no slide É só uma ilustração A obtenção analítica da curva é um assunto mais profundo e deve ser feito em outro momento A curva SN é uma representação gráfica da relação entre a amplitude do carregamento S e o número de ciclos necessários para causar a falha do material N Essa curva é obtida a partir dos resultados do ensaio de fadiga e é fundamental para a análise da resistência à fadiga do material A curva SN é importante porque fornece informações sobre a capacidade do material de suportar cargas cíclicas repetidas ao longo do tempo Ela permite avaliar a resistência à fadiga do material em diferentes níveis de estresse e prever sua vida útil sob cargas cíclicas A partir da curva SN é possível determinar a amplitude de carregamento que o material é capaz de suportar por um determinado número de ciclos antes de falhar A curva SN também é usada para comparar a resistência à fadiga de diferentes materiais e avaliar a qualidade do material Materiais com curvas SN mais elevadas indicam maior resistência à fadiga e portanto maior vida útil sob cargas cíclicas Além disso a curva SN pode ser usada para identificar defeitos e falhas na estrutura do material orientando o processo de desenvolvimento de novos materiais com maior resistência à fadiga Em resumo a curva SN é uma ferramenta fundamental para a análise da resistência à fadiga de materiais metálicos e sua aplicação em diferentes contextos industriais Ela fornece informações cruciais para garantir a segurança e confiabilidade de materiais submetidos a cargas cíclicas repetidas ao longo do tempo 5 Como a curva SN é obtida e como ela é interpretada A curva SN é obtida a partir dos resultados do ensaio de fadiga que consiste em submeter uma amostra do material a um carregamento cíclico com amplitude e frequência controladas por um determinado número de ciclos Durante o ensaio são registrados os valores da amplitude de carregamento e do número de ciclos necessários para causar a falha do material Com base nesses dados é possível construir a curva SN que representa a relação entre a amplitude do carregamento S e o número de ciclos necessários para causar a falha do material N Para construir a curva os valores de S e N são plotados em um gráfico loglog onde o eixo horizontal representa o logaritmo da amplitude de carregamento e o eixo vertical representa o logaritmo do número de ciclos necessários para causar a falha do material A curva SN é então traçada ligando os pontos obtidos no ensaio de fadiga A curva SN é interpretada de acordo com a posição do material em relação à curva Materiais que estão acima da curva SN possuem maior resistência à fadiga e portanto maior vida útil sob cargas cíclicas Já materiais que estão abaixo da curva SN possuem menor resistência à fadiga e são mais propensos a falhar sob cargas cíclicas A curva SN também pode ser usada para prever a vida útil do material sob cargas cíclicas Para isso é necessário determinar a amplitude de carregamento que o material será submetido em sua aplicação real e localizála na curva S N Em seguida é possível ler o número de ciclos necessários para causar a falha do material e a partir disso prever sua vida útil sob cargas cíclicas Em resumo a curva SN é obtida a partir dos resultados do ensaio de fadiga e representa a relação entre a amplitude do carregamento e o número de ciclos necessários para causar a falha do material Ela é interpretada de acordo com a posição do material em relação à curva e pode ser usada para prever a vida útil do material sob cargas cíclicas 6 Fatores que afetam a fadiga dos materiais metálicos A fadiga dos materiais metálicos é afetada por uma série de fatores que podem influenciar tanto a resistência à fadiga quanto a vida útil do material Entre os principais fatores que afetam a fadiga dos materiais metálicos destacamse Frequência de carregamento a frequência de carregamento afeta a fadiga dos materiais metálicos porque cargas cíclicas com frequências mais altas podem causar falhas mais rapidamente Isso ocorre porque a deformação plástica causada pelo carregamento cíclico pode se acumular mais rapidamente em frequências mais altas levando à falha do material em um menor número de ciclos Temperatura a temperatura também afeta a fadiga dos materiais metálicos pois temperaturas mais altas podem reduzir a resistência à fadiga do material Isso ocorre porque temperaturas mais altas podem causar deformação plástica mais rápida e reduzir a tenacidade do material tornandoo mais suscetível à falha por fadiga Umidade a umidade pode afetar a fadiga dos materiais metálicos porque pode causar corrosão e reduzir a resistência à fadiga do material A corrosão pode enfraquecer a superfície do material e tornálo mais suscetível à falha por fadiga enquanto a umidade pode causar danos microscópicos ao material e reduzir sua tenacidade Composição do material a composição do material também pode afetar a fadiga pois diferentes materiais possuem diferentes propriedades mecânicas e de resistência à fadiga Materiais com maior resistência à tração e maior tenacidade geralmente apresentam maior resistência à fadiga enquanto materiais com microestruturas mais frágeis podem ser mais suscetíveis à falha por fadiga Em resumo a fadiga dos materiais metálicos é afetada por vários fatores incluindo a frequência de carregamento temperatura umidade e composição do material É importante levar em consideração esses fatores ao realizar ensaios de fadiga e projetar componentes que serão submetidos a cargas cíclicas repetidas ao longo do tempo 7 Aplicações do ensaio de fadiga na indústria O ensaio de fadiga é uma ferramenta fundamental na indústria para avaliar a resistência à fadiga de materiais metálicos e projetar componentes mecânicos que serão submetidos a cargas cíclicas repetidas ao longo do tempo Algumas das aplicações mais comuns do ensaio de fadiga na indústria incluem Projeto de componentes mecânicos o ensaio de fadiga é utilizado para determinar a resistência à fadiga de componentes mecânicos tais como molas engrenagens eixos e estruturas soldadas Os resultados do ensaio podem ser usados para projetar componentes que tenham uma vida útil adequada sob cargas cíclicas Avaliação de vida útil de estruturas metálicas o ensaio de fadiga é usado para avaliar a vida útil de estruturas metálicas tais como pontes torres eólicas e plataformas offshore Essas estruturas são projetadas para resistir a cargas cíclicas repetidas ao longo do tempo e o ensaio de fadiga pode ser utilizado para determinar se as estruturas estão em conformidade com os padrões de segurança Desenvolvimento de novos materiais o ensaio de fadiga é uma ferramenta importante para o desenvolvimento de novos materiais com maior resistência à fadiga Os resultados do ensaio podem ser usados para otimizar a composição do material e a microestrutura a fim de melhorar a resistência à fadiga Análise de falhas o ensaio de fadiga também pode ser usado para analisar as causas de falhas em componentes e estruturas metálicas O ensaio pode ser realizado em componentes que falharam por fadiga para determinar a causa da falha e desenvolver medidas preventivas para evitar futuras falhas Em resumo o ensaio de fadiga é amplamente utilizado na indústria para avaliar a resistência à fadiga de materiais metálicos e projetar componentes mecânicos e estruturas que serão submetidos a cargas cíclicas repetidas ao longo do tempo Ele também é útil para o desenvolvimento de novos materiais e para analisar as causas de falhas em componentes e estruturas metálicas 8 Conclusões Em conclusão o ensaio de fadiga é uma ferramenta fundamental na análise de materiais metálicos na indústria Ele permite avaliar a resistência à fadiga dos materiais e projetar componentes e estruturas que serão submetidos a cargas cíclicas repetidas ao longo do tempo Além disso ele é útil para o desenvolvimento de novos materiais e para analisar as causas de falhas em componentes e estruturas metálicas A curva SN é uma representação gráfica importante que ilustra a relação entre a tensão cíclica máxima e o número de ciclos até a falha A interpretação da curva SN é fundamental para o desenvolvimento de projetos seguros e eficientes na indústria As aplicações do ensaio de fadiga são amplas e variadas Desde o projeto de componentes mecânicos até a avaliação da vida útil de estruturas metálicas o ensaio de fadiga é uma ferramenta essencial que ajuda a garantir a segurança e a confiabilidade dos produtos e estruturas fabricadas com materiais metálicos Por fim é importante destacar que o ensaio de fadiga deve ser realizado com precisão e seguindo os padrões estabelecidos pela normatização garantindo assim resultados confiáveis e precisos que poderão ser utilizados na tomada de decisões importantes na indústria 9 Referências bibliográficas Apresente a principal e sugira as referências adicionais fornecidas ENSAIOS DE FADIGA Introdução O ensaio de fadiga é um dos principais métodos para avaliar a resistência de materiais metálicos à fadiga É um ensaio fundamental para a análise de materiais que serão utilizados em componentes mecânicos e estruturas submetidos a cargas cíclicas Por meio do ensaio de fadiga é possível determinar a resistência à fadiga de um material Dessa forma o ensaio de fadiga é essencial para garantir a segurança e confiabilidade de materiais metálicos 05072025 Definição do ensaio de fadiga O ensaio de fadiga é um método utilizado para avaliar a resistência de materiais metálicos à fadiga No ensaio de fadiga uma amostra do material é submetida a um carregamento cíclico O objetivo é simular as condições reais de aplicação do material O ensaio de fadiga gera um conjunto de dados que permite construir a curva SN Essa curva é fundamental para a análise da resistência à fadiga de um material 05072025 Como o ensaio de fadiga é realizado e quais são os resultados obtidos O ensaio de fadiga é realizado por meio de uma máquina de ensaio específica conhecida como máquina de fadiga É conduzido em uma atmosfera controlada com temperatura e umidade regulada Durante o ensaio de fadiga a amostra é submetida a um carregamento cíclico Os resultados obtidos no ensaio de fadiga são usados para construir a curva SN Além disso os resultados do ensaio de fadiga também podem ser usados para avaliar a qualidade do material identificar defeitos e falhas em sua estrutura 05072025 Apresentação da curva SN e sua importância na análise de fadiga A curva SN é uma representação gráfica da relação entre a amplitude do carregamento S e o número de ciclos necessários para causar a falha do material N É importante porque fornece informações sobre a capacidade do material de suportar cargas cíclicas repetidas ao longo do tempo A partir da curva SN é possível determinar a amplitude de carregamento que o material é capaz de suportar por um determinado número de ciclos antes de falhar A curva SN também é usada para comparar a resistência à fadiga de diferentes materiais e avaliar a qualidade do material 05072025 Como a curva SN é obtida e como ela é interpretada Durante o ensaio são registrados os valores da amplitude de carregamento e do número de ciclos necessários para causar a falha do material Com base nesses dados é possível construir a curva S N Para construir a curva os valores de S e N são plotados em um gráfico loglog onde o eixo horizontal representa o logaritmo da amplitude de carregamento e o eixo vertical representa o logaritmo do número de ciclos necessários para causar a falha do material A curva SN é interpretada de acordo com a posição do material em relação à curva É possível ler o número de ciclos necessários para causar a falha do material e a partir disso prever sua vida útil sob cargas cíclicas 05072025 Fatores que afetam a fadiga dos materiais metálicos A fadiga dos materiais metálicos é afetada por uma série de fatores que podem influenciar tanto a resistência à fadiga quanto a vida útil do material Entre os principais fatores que afetam a fadiga dos materiais metálicos destacamse Frequência de carregamento Temperatura Umidade Composição do material 05072025 Aplicações do ensaio de fadiga na indústria O ensaio de fadiga é uma ferramenta fundamental na indústria para avaliar a resistência à fadiga de materiais metálicos e projetar componentes mecânicos que serão submetidos a cargas cíclicas repetidas ao longo do tempo Algumas das aplicações mais comuns do ensaio de fadiga na indústria incluem Projeto de componentes mecânicos Avaliação de vida útil de estruturas metálicas Desenvolvimento de novos materiais Análise de falhas 05072025 Conclusões Em conclusão o ensaio de fadiga é uma ferramenta fundamental na análise de materiais metálicos na indústria A curva SN é uma representação gráfica importante que ilustra a relação entre a tensão cíclica máxima e o número de ciclos até a falha As aplicações do ensaio de fadiga são amplas e variadas Por fim é importante destacar que o ensaio de fadiga deve ser realizado com precisão e seguindo os padrões estabelecidos pela normatização garantindo assim resultados confiáveis e precisos que poderão ser utilizados na tomada de decisões importantes na indústria 05072025 Referências bibliográficas Principal SOUZA Sérgio Augusto de Ensaios Mecânicos de Materiais Metálicos São Paulo Ed Blucher 2010 Adicionais CALÇADA M L REIS L M CORREIA J R LOURO C Ensaios Mecânicos de Materiais Metálicos Porto FEUP Edições 2007 CALLISTER JR W D RETHWISCH D G Ciência e Engenharia de Materiais Uma Introdução Rio de Janeiro LTC 2012 DIETER G E Metalurgia Mecânica São Paulo Edgard Blücher 1984 HIBBELER R C Resistência dos Materiais São Paulo Pearson Prentice Hall 2010 MECHLER A S SANTOS A L dos GOMES R J Ensaios Mecânicos dos Materiais Rio de Janeiro LTC 2012 05072025