FLUÊNCIA EM METAIS
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DEFINIÇÃO
É o fenômeno de deformação lenta, sob ação
de uma carga constante aplicada durante
longo período de tempo a uma temperatura
superior a 0,4 vezes Temperatura de fusão
em Kelvin
Ex: Para o Alumínio, Tf = 660ºC+273K= 933K
933K x 0,4 = 373,2K – 273K = 100,2ºC
Ou seja, o faixa de temperatura a partir da
qual o alumínio estará sujeito a fluência inicia
em 100,2ºC
Aspecto da ruptura por fluência
Redução na tensão máxima admissível em
projetos pelo efeito da fluência.
Redução na tensão máxima admissível em
projetos pelo efeito da fluência.
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Tdf:Tensão que causa
uma deformação por
fluência de 1% após
100.000 horas na
temperatura
considerada
Trf: Tensão que causa a
ruptura do material por
fluência após 100.000
horas na temperatura
considerada
LR: Tensão de ruptura
na temperatura
considerada ou na
temperatura ambiente (o
que for menor)
LE: Tensão de
escoamento na
temperatura
considerada ou na
temperatura ambiente (o
que for menor)
Ensaio de fluência
Ensaio de fluência: curva típica
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Deformação instantânea: Efeito
do carregamento do corpo de
prova, do tipo elástica
Estágio primário: onde a
velocidade de fluência é rápida
ocorre nas primeiras horas.
Velocidade de def. decrescente encruamento
Estágio secundário: A taxa de
fluência é constante. Estágio de
duração mais longo. Equilíbrio
entre os processos de
encruamento e recuperação
Estágio terciário: Aceleração na
taxa de fluência, estricção seguido
de ruptura.
Efeito da tensão e da temperatura no
comportamento à fluência
• Quanto maior a
temperatura e/ou a
tensão maior a
deformação final por
fluência que ocorre
em menos tempo.
Menor o tempo de
vida do componente.
Cavidades nos contornos de grão antes da ruptura por
fluência que é intergranular
Recuperação e relaxação
• Uma deformação
plástica relativamente
apreciável
permanece
• A quantidade de
deformação
permanente depende
do tempo, da carga
da temperatura e do
valor da tensão.
• A relaxação
corresponde uma
queda gradual da
tensão
originariamente
produzida pela
deformação
Medida da velocidade de fluência em estado
estacionário
Tensão que causa uma deformação de 1% em
100.000h (ou em 10.000h ou 1000h)
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Em geral a fluência que
ocorre no estágio primário é
rápida (algumas horas) e seu
valor fica próximo a 1%. Essa
deformação para a grande
maioria das aplicações é
considerada desprezível
Utilizando os resultados dos
ensaios típicos de fluência
pode-se construir um gráfico
tensão x temperatura para os
materiais, onde se determina
a tensão que causa uma
deformação aceitável de 1%
em um determinado intervalo
de tempo (1000h 10.000h ou
100.000h), dependendo do
tipo de componente, para
determinada temperatura
Fatores que influenciam a resistência à
fluência - tamanho de grão
• Baixas temperaturas: Os
contornos de grão freiam o
movimento das discordâncias: Em
geral grão pequeno melhor.
• Altas temperaturas: Os
mecanismos do processo de
fluência se desenvolvem nos
contornos de grão, movimentos
de vazios e de discordâncias: Em
geral grão grande melhor.
• No exemplo ao lado, o caso “b”
(fundição unidirecional) apresenta
tempo de ruptura 2,5X maior que
o caso “a” (fundição
convencional), e 9X maior para
lâminas monocristalinas.
• Ao lado, fissuras intergranulares
(ao longo do contorno de grão)
em tubo de aço inoxidável 304
Fatores que influenciam a resistência à
fluência – Composição química
• Todos os elementos químicos formadores
de carbonetos (com o carbono do aço) ou
precipitados de segunda fase nos
materiais não ferrosos travam o processo
de fluência pois dificultam o movimento
dos contornos de grão.
• Nos aços, o Molibdênio possui um efeito
maior que os demais elementos (Ti, V, W,
Nb), quando adicionado entre 0,5 e 1 %.
Gráfico log. tensão x log. tempo até a ruptura
• Como os ensaios de
fluência tendem a ser
muito longos, a
relação da tensão
aplicada e o tempo até
a ruptura quando
graficados em escala
logarítmica tendem a
ser retas. Realiza-se
ensaios em tensões
altas cuja duração do
ensaio tende a ser
pequena e se
extrapola as retas para
valores de tempo
maiores.
Influência da tensão e da temperatura sobre a
velocidade de fluência em estado estacionário.
(estágio secundário de fluência)
Outros efeitos da alta temperatura
• Outro efeito degradante que atua sobre os materiais quando
expostos à alta temperatura, além da fluência, é a oxidação
superficial.
• A reação química do material da superfície com o meio forma
compostos cerâmicos em geral frágeis (óxidos, sulfetos etc...) que
tendem a quebrar e portanto reduzem a seção resistente do
componente.
• Em aços se adiciona cromo em teores crescentes para aumentar a
resistência desses materiais à oxidação em temperaturas
crescentes.
• Desta forma aços para trabalho a alta temperatura em geral contém
Mo de 0,5% até 1 % (resistir à fluência) e Cr de 1,5% até 9% (para
resistir à oxidação) antes de se optar por aços de alta liga, do tipo
inoxidável.
Oxidação superficial causada pela
elevada temperatura
Limites de temperatura considerando a oxidação e
a fluência para um tubo de caldeira