Ensaio de Torção - DMi3...
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Ensaio de TorçãoDEFINIÇÃO:
Aplicação de uma carga rotativa em um c.p. geralmente cilíndrico (maciço ou tubular )
Amplamente utilizado na indústria (motores, eixos, turbinas, rotores, brocas, hastes, arames)
Pode ser feito em peças acabadas ou c.p.
Fornece dados quantitativos (comportamento sob solicitação de tensões de cisalh amento)
Sofre influência : T, Ve, anisotropia, microestrutura, tratamento térmico,
ambiente, geometria.
Resultados: Módulo de elasticidade transversal (G)
Limite de escoamento a torção (s e)
Limite de ruptura a torção (s u)
Braço (B)Força (P)
Mt = P.B
Corpo de Prova(Eixo Cilíndrico)
Mesa de Engaste
Mancal deTorção
θ Ângulo de TorçãoRegião deEngaste no Mancal
Mt [N.m ]
θ [ rad ]
Mtmáx
MÁQUINA DE ENSAIO:
Dotada de uma cabeça giratória
responsável pela aplicação do momento
torsor, sendo uma das extremidades do c.p. fixo.
Durante o ensaio registrar-se M t ( momentor torsor )
em função de θθθθ (ângulo de torção ).
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dR
τ
dS
( C )( B )
τmáxθ
φD = 2R
lτ
r
dS
Mt
( A )
ττ
τ
Início do Processode Ruptura
O
αααα= arctg(G)
γγγγ
ττττ
Deformação ângular de cisalhamento
Cisalhamento ( )
Deformação reversívelcomportamento elástico
Região de
não uniforme encruamento
U
Ruptura TotalF
uττττ
pττττRegião de
encruamentoComportamento plástico
Na seção transversal da barra atua TENSÃO DE CISALHAMENTO OU TANGENCIAL ( ττττ):
• Comprimento l e diâmetro 2R;
• Admite-se uma tensão média em
todos os pontos
• Distribuição linear: máxima superfície
mínima centro
• ττττ cis distribuídas na seção são
estaticamentes equivalentes M t total
S
Q =τ
Força Cortante: Q = ττττ . dS [N]
Momento Torsor: M t = P.B [N.m] M t = (ττττ . dS).R
Momento Torsor Total:
Mom. Polar de Inércia:
tem-se:
e ττττmax em r = R
∫∫τ=τ=
=
=
r
0
22/Dr
0rt dS r
r dS r.M
∫=r
0
2 dS r I
r
I. M t
τ=
I
R.M t
máx =τ
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32
.D
4
r.2 .r.dr2. rI
4R
0
42 π=∫ π=π=Corpo de prova Maciço: )DD(
32I 4
241 −π=Corpo de prova Tubular:
Tensão de Cisalhamento Máxima:
b = lado maior c = lado menor αααα = b/c
b/c 1,00 1,50 1,75 2,00 2,50 3,00 4,00 6,00 8,00 10,00 ∞∞∞∞
αααα 0,208 0,231 0,239 0,246 0,258 0,267 0,282 0,299 0,307 0,313 0,333
Para redução de peso das estruturas e componentes, utiliza-se componentes tubulares ou ocos
Em geometria retangular, as seções não permanecem p lanas, sendo máxima no meio das faces
A DEFORMAÇÃO DE CISALHAMENTO ( γ γ γ γ ) é a tangente do ângulo de deformação ( θ θ θ θ ):
O Ângulo de Deformação ( θθθθ ) pode ser calculado por: Cilindros:
Retangulares:
I.G
l.M t=θ
3t
c.b..G
l.M
β=θ
Maciço: 3
máxt
4
máxt
max.D
M. 16
32
D.
2
D . M
π=
π
=τ Tubular:) DD (
.D M 16
42
41
1máxtmáx
−π=τ
Retangular: 2
máxtmáx
c.b.
M
α=τ
l
R )tan(
θ=φ=γ
[radianos]
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RESULTADOS DO ENSAIO: Mt [N.m ]
θ [ rad ]
Mtmáx
τ [Pa ]
γ
α
tg α = G
τmáx
Resultados de Mt x θθθθ são transformados em gráficos de ττττ x γγγγ
PROPRIEDADES OBTIDAS:
Dentro do Campo Elástico: ττττ é proporcional a θθθθ (similar a Lei de Hooke)
(G) Módulo de Elasticidade Transversal ou Módulo de Rigidez:
(ττττP) Limite de Proporcionalidade:
Ponto final da linearidade no gráfico, sendo melhor determinado em c.p. tubula res
(fibras externas não sofrem influência das fibras i nternas – gradiente de tensões
é eliminado se e ����0 )
(ττττe) Limite de Escoamento:
Ponto limite entre o comportamento elástico e o comportam ento plástico
(para gráficos onde esse ponto não é nítido,
utiliza-se a notação de n = 0,001 rad
Obs: considerar sempre a relação L/D > 10 (maciço)
D1/D1-D2 entre 8 e 10 (tubos) para evitar cambagem
ττττMax ττττMax
(A) Zona Elástica (Linear) (B) Zona Plástica (Não-Li near)
(C) Cambagem - Fenômeno observado na torção de tubo s
G.γ=τγτ=G
θ=
.I
.l M G t
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Tipos de tensões: tração, compressão, cisalhamento e torção
Determinação do limite de proporcionalidade e de es coamento
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Dentro do Campo Elástico: ττττ não é proporcional a θθθθ
(ττττu) Módulo de Ruptura: extrapolação das relações válidas para região elást ica superestima os valores das tensões
Considerando a deformação real e permanente nessa r egião: 3max t
u D
M .12
π=τ
Mt [ N.m ]
Mt
Utt
0,001 rad
Mt [ N.m ]
θ [rad]
Mte
URt
(URt) Módulo de Resiliência:
Comportamento do material dentro do campo elástico
(área do gráfico no campo elástico )
URt = ττττe2 / 4. G
3max t
uD
M 16
π=τMaciço:
) DD .(
M..D 1642
41
max t 1u
−π=τTubular:
(UTt) Módulo de Tenacidade:
Comportamento do material dentro do campo elástico e plástico
(área total no gráfico )
UTt = Mt . θθθθ / S . L
θ [rad]
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RELAÇÃO ENTRE ENSAIO TORÇÃO x ENSAIO DE TRAÇÃO:
ττττe = 0,6 . σσσσe ττττu = 0,8 . σσσσu [materiais dúcteis]
ττττu = 1,0 a 1,3 . σσσσu [materiais frágeis].
Materiais dúcteis:
rompem-se ao longo de um
plano de máxima tensão de cisalhamento
(geralmente um plano normal ) ou plano
transversal.
Materiais frágeis:
rompem em função das
tensões de tração decorrentes, em um plano
perpendicular à direção de máxima
tensão de tração, sendo dado pela bissetriz
do ângulo entre 2 planos de máxima tensão
fazendo um ângulo de 45 o com as direções
longitudinal e transversal
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Fadiga em torção:
aspectos das superfícies de fratura emfunção dos níveis de tensões aplicados
Material Dúctil:
observação de dimples em MEV no sentido de rotação d o material
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PROCEDIMENTO DE ENSAIO:
» Norma técnica ASTM E 588 - 83
» Fixação do c.p.
» Comprimento útil do c.p.
» Deformação do c.p. somente em l
» Método de leitura de θθθθ
» Ensaios na própria peça
» Cuidados no endireitamento do c.p.
» Superfície isenta de defeitos
» Velocidade de ensaio
» Dados de relatório:
identificação c.p.
método de endireitamento
diâmetro do c.p.
Direção de laminação
total de giros (N)
velocidade
localização da fratura
aspecto da fratura
Taxas de torção recomendadas para alguns arames[ Segundo ASTM E 588 – 83]
.
Diâmetro do arame [mm] Máxima taxa de torção [rps ]
até 1,17 2
de 1,17 até 2,26 1
acima de 2,26 0,5
Relação diâmetro x comprimento do c.p.[ Segundo ASTM E 588 – 83]
.
Diâmetro do arame [mm] Comprimento [mm]
0,71 50
0,91 a 1,14 90
1,14 a 1,40 100
1,40 a 1,68 125
0,71 a 0,91 75
1,68 a 2,26 150
2,26 a 2,67 180
2,67 a 3,18 190
3,18 a 4,00 200
4,00 220
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Simulação física dos processos de conformação a quen te:
Ensaios isotérmicos e contínuos até a fratura:
escoamento plástico dos materiais em diferentes temperaturas e taxasde deformação
Ensaios isotérmicos e interrompidos com 2 deformações:
fenômenos que ocorrem nos intervalosentre passes
Ensaios com + deformações em resfriamento contínuo:
condições similares às do processamentoindustrial
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Análise de mudanças de efeito de caminho de deformaç ão:
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Ensaio de FlexãoDEFINIÇÃO:
Aplicação de uma carga crescente em determinados pontos de uma barra padronizada
Muito empregado em materiais frágeis (FoFo, cerâmicos, aços ferramenta, aço rápido)
Dados quantitativos em materiais frágeis e qualitativos para materiais dúcteis
3 tipos de ensaio: engastado, a 3 pontos e a 4 pontos
Pode ser feito em peças acabadas
Resultados: Módulo de elasticidade transversal ( G )
Limite de escoamento a flexão ( σσσσe )
Módulo de Resiliência a flexão ( U Rf )
Limite de ruptura a torção ( σσσσu )
Módulo de Tenacidade a flexão ( U Tf )
Sofre influência : T, V, defeitos superficiais, microestrutura, geom etria e ambiente
MÁQUINA DE ENSAIO:
aplica uma carga conhecida no centro de um c.p. apoiado (engastado) em um ou dois pontos. A carga também pode ser
aplicada em 1 ou 2 pontos . Resultado do ensaio na forma de gráficos Carga (P) x Deslocamento ( νννν).
o60
o60
o60
P
Corpo de Prova
νApoio
l
Apoio
o60
o60
o60Corpo de
ν
o60
P
2.l3
a a
l
ApoioApoio
Prova
Mesa de Carga
l
P
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C a rg a - P [N ]
F le c h a (D e fle x ã o ) - [m m ]ν
PM ax
ν M ax
αα =ta g E
h
b
S eçã o Tran svers a ld o C o rp o-d e-P rova
CORPO DE PROVA:
geralmente barra cilíndrica, mas pode ser aplicado para qq. geometria (esforços normais e tangenciais);
comprimento l e diâmetro 2R;
l
l/2
A B
P
P /2P /2
P
C o rp o -d e -p ro v a
P - C a rg a a p lica d a [N , k g f, t f]
D e f le xã o (F le c h a ) - [m m ]
C a r g a P [N ]
R e s p o s ta d o E n s a iod e F le x ã o
(A ) (B )
νννν
- F le ch a [m m ]ννννL - D is tâ n c ia e n tre o s a p o io s [m ]
Dados de M f e φφφφ são plotados em gráficos tensão x deformação como na tração
Propriedades como E, σσσσfe , σσσσfp e σσσσfu similares a tração
Engastado: c.p. engastado em uma de suas extremidades e submet ido a
um momento fletor (M f), medindo-se o Mf e a deflexão ( φφφφ)
Recomenda-se: c.p. retangulares
t min = 0,38 mm
L / t > 15
Largura / t > 10
mínimo de 6 c.p.
Qdo não planos, ensaios 2 posições
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Recomenda-se:
t entre 0,25 e 1,3 mm
distância entre apoios: 150 x t (0,25 e 0,51 mm) 100 x t (0,51 e 1,3 mm)
Largura 3,81 mm
Comprimento: 250 x t (0,25 e 0,51 mm) 165 x t ( maior 0,51 mm)
Mínimo de 6 c.p.
Apoios padronizados (inclinação e raio)
3 pontos : carga no centro
4 pontos : distância entre cargas igual e 2/3 comprim ento útil do c.p.
Mede-se a deflexão no centro do c.p.
3 ou 4 pontos: c.p. biapoiado submetido
a uma carga aplicada em
1 ou 2 pontos equidistantes
l/2
A B
P
P/2P/2
Corpo de prov a
+
MomentoFletor (N.m)
Mf = (P/2) * (l/2)max
C.G.
SecçãoTransversal
z
y
Compressão
Tração
MfMf+dMf
Q
Q+dQ
Q - Força Cortante (N)
Mf - Momento Fletor (N.m)
dXdX
(A) (B)
Linha Neutra
Linha
Neutra Fibras Superiores
Fibras Inferiores
x
Considerações: material homogêneo e isotrópico
validade da Lei de Hooke
seções planas permanecem planas
linha neutra no centro de gravidade da seção transversal
distribuição normal da tensão normal na seção transversal
compressão máxima na superfície interna, tração máxima na superfície externa
Na seção transversal da barra atuam: TENSÕES NORMAIS ( σ σ σ σ )
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x
Compressão
MfM + dM
Q
Q+dQ
dX
Linha Neutra
Fibras Superiores
αααα
dX∆∆∆∆Tração
Deformação
yLN
σ
y
f f
σnormais distribuídas na seção transversal são estaticamente equivalentes ao M f
Analisa-se um elemento de volume no ponto de aplicaç ão da carga P
TENSÃO NORMAL ( σ σ σ σ ) : Fibras superiores : comprimidas
Fibras inferiores : tracionadas
Linha Neutra : σσσσ = 0
Tensão em qq. fibra é proporcional a distância a LN
dN
dM
dS
y
xz
yf
∆dx y tgLN
= . ( )αDeformação diferencial nas fibras:
ε ε σ= = =∆ ∆ll
dxdx E
ou Como: LNy.
dx
)(tg.E
dx
dx.E
α=∆=σAssim:
Sabe-se que o M f total é a soma das σσσσ em cd ponto na seção,
Sendo: e ouσ = dNdS
dM y dNf = . dM y dSf = . .σ
Substituindo com y LN = y tem-se:LNy.dx
)(tg.E α=σ 2f y.dS.
dx
)(tg.EdM
α=
Integrando, tem-se: sendo: e∫α=
r
0
2f dS.y.
dx
)(tg.EM ∫=
r
0
2 dS.yIdx
)(tg.E
I
M f α=
σ = MI
yf
Z. Valores positivos y (+) tração
Valores negativos y (-) compressãoE substituindo na equação de σσσσ:
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TENSÃO DE CISALHAMENTO ( τ τ τ τ ) devido a força cortante ( Q ) da carga aplicada
Na seção transversal existe uma ττττ devido a força cortante (Q), e assim tem-se:
M fM f + d M f
Q
Q + d Q
d X
xL NzC . G .h
y
τ τ τ τ
τ τ τ τ
d X
τ τ τ τ V
τ τ τ τ HN
N + d N
b
wd x
y2
y1
y - y12
W : largura do c.p. [m]Me: momento estático [N.m]I : momento de inércia polar [m 4]
Pelo Teorema de Cauchi, σ σ σ σ vertical é igual numericamente a σ σ σ σ horizontal
Admite-se σ σ σ σ horinzontal constante ao longo da largura (w), e o somatório da s forças para x = 0
e como dx
dNw.H =τ ∫ ∫ σ==
2y
1y
dS.dNN e substituindo y.I
M
Z
f=σ tem-se
∫ ∫=2y
1yz
f dS.yI
MdN sendo ∫
2y
1y
dS.y chamado de Momento Estático (M e): valor tabelado
Assim, derivando e substitui ndo ∫ dN
=τ=τz
efH I
M.
dx
dM.
w
1
E lembrando que chega-se a: dx
dMQ f=
Z
e
I
M.
w
Q
=τ
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Para a flexão, ττττmáx ocorre no C.G. da seção transversal do c.p. e ττττmín = 0 nas superfícies
Resumindo:
Tensão Normal Máxima na Superfície da Barra
Tensão de Cisalhamento Máxima na LN
RESULTADOS DO ENSAIO:
Resultados de M f x φφφφ são transformados em gráficos de σσσσ x νννν
R.I
Me
2
h.
I
M
Z
fmax
Z
fmax =σ
=σ
−
=τ
=τ2
maxZ
emax 2/h
y1.
h.w
Q.
2
3e
I
M.
w
Q
Flecha ( νννν) ou Deformação elástica 4
3
d.E..3
l.P.4
π=νCircular: 3
3
h.w.E.4
l.P=νRetangular:
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(ττττe) Limite de Escoamento:
Ponto limite entre o comportamento elástico e o comportam ento plástico
(para gráficos onde esse ponto não é nítido, utiliz a-se a notação de n = 0,01; 0,02 e 0,1 % deformação
PROPRIEDADES OBTIDAS:
Dentro do Campo Elástico: σσσσ é proporcional a νννν (similar a Lei de Hooke)
(E) Módulo de Elasticidade :
onde a é a distância entre o apoio e o ponto de apl icação da carga. Materiais dúcteis não servem para esse tipo de ensaio
(ττττP) Limite de Proporcionalidade:
Ponto final da linearidade no gráfico
(URt) Módulo de Resiliência:
Comportamento do material dentro do campo elástico
(área no gráfico no campo elástico )
onde y é a distância inicial do eixo da barra à fib ra onde se deu a ruptura.
S.y.E.6
I.U
2
2p
Rf
σ=
( )ν
−=.h.w.4
a.4l.3.a.PE
3
224 pontos:
ν=
.h.w.4
l.PE
3
3
3 pontos:νπ
=.I..3
l.P.4E
3
2p h.w
l.P.5,1=σ3 pontos: 2p h.w
a.P.3=σ4 pontos:
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Dentro do Campo Plástico: σσσσ não é proporcional a νννν
(ττττu) Módulo de Ruptura:
Circular:
Retangular:
3 pontos 4 pontos Retangular:
(UTt) Módulo de Tenacidade:
Comportamento do material dentro do campo elástico e plástico ( área total no gráfico )
PROCEDIMENTO DE ENSAIO:
» Norma técnica ASTM E 855 – 90 : Materiais metálicos p ara aplicação em molas
ASTM E 190 - 92 : Ductilidades de juntas soldadas
ASTM E 290 – 92 : Materiais metálicos dúcteis
ASTM A 438 – 91 : FoFo cinzento
» Fixação do c.p. (evitar danos superficiais na re gião de agarramento)
»Os apoios podem ser roliços e giratórios (evitar ou diminuir o atrito)
» Para o caso de madeiras, é comum o ensaio a 4 ponto s (fratura na zona tracionada)
»Velocidade de aplicação da carga durante o ensaio
» Medições nos c.p.
»Dados de relatório: identificação c.p. geomet ria, dimensões e direção de laminação
velocidade localização da fratuta
temperatura de ensaio tipo de ensaio
2max
fuh.w.2
l.P.3=σ
3max
fuD.
l.P.8
π=σ
2max
fuh.w
a.P.3=σ
l.S.3
y.P.2U max
Tf =
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ASTM E 855 – 90: 3 tipos de ensaios: Engastado, 3 pontos e 4 pontos
ASTM E 290 – 92: Materiais dúcteis
Flexão do c.p. pela aplicação de uma P em torno de um apoio fixo
Qdo não ocorre a fratura, analisa-se o n o e tamanho das trincas
4 tipos: engastado, com um apoio no meio e P aplica da no fim da barra engastado, com um anteparo até o
meio do c.p. e P no fim da barra engastado, com apo io no meio do c.p. e P perto do apoio apoiado em
2 pontos e P no centro do c.p.
Orientação: longitudinal e transversal
PP
P
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ASTM E 190 - 92: Ductilidade de Soldas
Em ferrosos e não-ferrosos
Flexão do c.p. na forma de U
Análise da superfície em relação a defeitos e trinc as
Geralmente c.p. retangulares
Analisa-se a seção transversal e longitudinal da zo na soldada
ASTM A 438 – 91: Ferro fundido cinzento
c.p. cilíndricos e com 3 tamanhos definidos
vazamento em moldes com T amb e desmoldagem em T < 500 oC
ensaia-se c.p. como fundido
ensaio em 3 pontos
determina-se E e σσσσfu
dimensões dos c.p. e distâncias entre apoios
Comprimento (mm) Diâmetro (mm) Distância entre apoios (mm)
381 22,4 305
533 30,5 457
686 50,8 610
P
152 mm
3,238
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MATERIAIS CERÂMICOS:
Sempre fratura frágil em T amb e ao longo de determinados planos de clivagem
Geralmente a trinca se propaga entre os grãos crist alinos ( intergranular ) devido a presença de microdefeitos nos CG
Propriedades das cerâmicas pode ser melhoradas pela imposição de tensões residuais de compressão na superfície
Principal norma para cerâmicos: ASTM C 1161 – Stardand Test Methods for Flexural Strength of Adv anced Ceramics at
Ambient Temperature
Módulos de elsticidades ( E) são maiores que os metais ( 70 a 500 GPa)
Deformação elástica no cerâmicos é relativamente ba ixa < 0,1% de deformação
Deformação Plástica:
para cerâmicas cristalinas (ligações iônicas e/ou covalentes) ocorre por movim entação de discordâncias
(como nos metais), porém com poucos planos de escor regamento e dificuldades na
movimentação
para cerâmicas não-cristalinas ocorre deformação por escoamento viscoso (semelhan te aos líquidos)sem
uma direção e plano preferencial devido a tensões d e cisalhamento
Todos os cerâmicos sofrem influência da: T , tipo de ligação , estrutura , defeitos internos e externos
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Curvas Tensão-DeformaçãoPara alguns cerâmicos
Variação de E com a % porosidade
Variação de σσσσfu com a % porosidade
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Ensaio de FluênciaDEFINIÇÃO:
Aplicação de uma carga constante durante um período de tempo e a temperaturas elevadas
Objetivo é determinar a vida útil do material nessas condiçõ es
Pode ser feito em peças acabadas ou c.p.
Dados quantitativos, e é amplamente utilizado na indústria petroquímica, tubulações
Utiliza-se de técnicas de extrapolação dos resultados, devido ao longo tempo de ensaio
Ocorre em todos os materiais, e no caso de metais, é afetada por valores de T > 0,4 TF
C.P. similares aos do ensaio de tração
Sofre influência : anisotropia, microestrutura, tratamento térmico, ambiente.
MÁQUINA DE ENSAIO:
kgo C
Peso
Corpo-de-prova
Tempo
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RESULTADOS DO ENSAIO:
Tempo
Deformação
Região deencruamento
Região detaxa de deformaçãoconstante
Regiãode ruptura
CORPO DE PROVA:
representativos para o material como um todo;
condições finais de emprego;
superfícies lisas e isentas de defeitos;
fixação da carga no eixo axial do c.p.
comprimento l e diâmetro 2R;
Materiais frágeis geralmente são ensaios em condiçõ es de compressão
l
S
Ensaio em 3 categorias: Fluência (resistência à fluência)Ruptura (ruptura à fluência)Relaxação (deformação constante)
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Estágio primário : aumento da resistência (encruamento e εεεε0)
Estágio secundário : equilíbrio encruamento e recuperação ( εεεεm)
Estágio terciário : início do processo de ruptura pelos mecanismos de fratura
Alguns materiais não apresentam o 3 estágio e alguns apresentam estricção
εεεε dεεεε/dt
tempo
I III II
tempo
I III II
(A) (B)
Tipos de Ensaios:
Ensaio de Fluência: vida útil do material (utiliza-se de métodos de extrapolação dos resultad os) sendo
portanto realizado por um período determinado de te mpo;
Ensaio de Ruptura: segue até a ruptura do c.p ., fornecendo informações sobre a tensão nominal qu e o
material suporta em determinada T até a ruptura (ca rgas maiores que as especificadas);
Ensaio de Relaxação : fornece informações sobre a redução da tensão aplicada ao c.p. quando a deformação
em função do tempo é constante a determinada tempe ratura.
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PARÂMETRO CARACTERÍSTICO DO ENSAIO:
Taxa Mínima de Fluência :
Tempo de Ruptura :
Pode ser relacionada com a tensão aplicada
Vida útil do material
Tipos de Gráficos:
1n1m .k σ=ε&
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Ao colocarem-se os resultados de σσσσ e εεεεm em log-log , obtém-se uma reta de inclinação n 1, similar ao
procedimento adotado para o ensaio de tração. K é determinado para εεεεm igual a 1.
Esta é outra forma de apresentação dos resultados
do ensaio de fluência, e deve ser utilizada como
valores de referência para projetos de componentes
que devam resistir à fluência.
Ao se fazer referência a dados de fluência, é prátic a comum a menção dos termos como resistência à
fluência e resistência à ruptura .
A resistência à fluência é definida como a tensão a uma determinada temperat ura que produz uma taxa
mínima de fluência de por exemplo 0,0001 por cento/ hora ou 0,001 por cento/hora.
A resistência à ruptura refere-se à tensão a uma determinada temperatura qu e produz uma vida até a ruptura
de 100, 1.000 ou 10.000 horas.
Uma taxa mínima de fluência de 0,0001% , implica uma deformação de 1% a cada 10.000 h de operação
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Extrapolação de Características de Fluência para Lo ngos Períodos
Avaliar o comportamento à fluência em condições de T acima das especificadas, t mais curtos e mesma σσσσ e, a partir dos
resultados, fazer uma extrapolação às condições de operação do componente .
Uma extrapolação segura só pode ser feita quando se tem certeza que não ocorrerão mudanças estruturais na região da
extrapolação que resultem na variação da inclinação da curva.
Parâmetro de Larson-Miller: T.( C + log tr ) = const ante
onde: C = constante de Larson-Miller, da ordem de 20 ,
T = temperatura do ensaio [K] ,
tr = tempo de ruptura [h].
Gráficos de tensão x Larson-Miller
Ex: Tensão de 400 MPa e T de 873 K
Determina-se Larson-Miller
Aplica a equação
C = T ( 20 + log t r )
Obtendo-se o tempo de ruptura
Liga a base de ferro
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PROCEDIMENTO DE ENSAIO:
» Norma técnica ASTM E 139 : Resistência à Fluência
Resistência à Ruptura em Fluência
Relaxação
» Fixação do c.p. e homogeneização da temperatura do ensaio
» Comprimento útil do c.p.
» Deformação do c.p.
»Ensaios na própria peça
» Superfície isenta de defeitos
»Medições nos c.p.
»Dados de relatório:
identificação c.p.
composição química
geometria, dimensões e direção de laminação
velocidade
localização da fratura
tipo de ensaio e equipamento
temperatura de ensaio
dimensões da seção reduzida
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INFORMAÇÕES ADICIONAIS
Mecanismos de deformação à T elevadas:
movimento de discordânciasrecristalização escorregamento de contornos de grãos.
O 1o e o 3o são favorecidos com o aumento T.
Mecanismos de fratura a T elevadas:
formação de cavidades nos CGaumento das microtrincascoalescimento das microtrincasformação de uma macrotrinca
Influência da tensão aplicada no ensaio, mantida a T cte
���� Tensão ���� tr ���� εεεεo ���� εεεεm
Influência da temperatura aplicada no ensaio, manti da a tensão cte
���� Temperatura ���� tr ���� εεεεo ���� εεεεm
Melhores comportamentos:
���� TFusão ���� E ���� tamanho de grão cristalino
Materiais mais resistentes:
aços inoxidáveissuperligas ou ligas a base de níquel, cobalto ou fe rro ou combinações; ligas refratárias (à base de nióbio, molibdênio, tu ngstênio, titânio, tântalo e cromo).
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Tamanho do grão:
Maior: melhores propriedades:
maiores tensões necessárias para ruptura do materia l pois em T altas é mais significativa a deformaçã o por escorregamento em
contornos de grão implicando em maiores deformaçõe s em materiais com granulação fina e consequentemen te, menor
resistência à fluência.
Ex: lâminas de turbinas produzidas:
fundição convencional (grãos cristalinos distribuíd os aleatoriamente)
solidificação unidirecional (grãos colunares alonga dos)
monocristais
Também analisa-se: Fluência em Condições de torçãoFluência em condições de flexãoFluência em condições de fadiga
Polímeros também apresentam fluência (viscoelástica ), podendo ocorrer em T amb e com tensões menores
Cerâmicos são estudados principalmente em compressã o
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MATERIAIS POLIMÉRICOS:
Podem ser divididos em : Termoplásticos e Termofixos
Termoplásticos : amolecem quando são aquecidos e endurecem quando são resfriados (processo reversível)
Termofixos : são permanentementes duros mesmo em altas tempera turas
Comportamento dos polímeros: T baixas comportam-se como vidros (frágeis)
T médias comportam-se como metais (elástico e plást ico)
T altas comportam-se como líquidos (viscoso)
Para análises em situação de fluência, costuma-se d efinir o termo Módulo de Relaxação :
σσσσ (t) representa a tensão dependente do tempo
εεεε (t) representa o nível de deformação que é mantido c onstante
or
)t()t(E
εσ=
a) Carga em função do tempob) Totalmente elásticoc) Viscoelásticod) Viscoso
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Variação do Módulo de Relação com a TemperaturaPara polímero viscoelástico
Variação do Módulo de Relação com a Temperaturapara polímero Poliestireno amorfo