Ensaio de Fluência
Ensaio de Fluência
DEFINIÇÃO: Fluência é a deformação plástica que ocorre em qualquer tipo de material e é decorrente da
aplicação de uma carga/tensão constante em função do tempo e à temperaturas elevadas (para metais
T > 0,4 T fusão)
Objetivo é determinar a vida útil do material nessas condições
Pode ser feito em peças acabadas ou c.p similares aos de tração.
Dados quantitativos, e é amplamente utilizado na indústria petroquímica, tubulações de vapor:
Ex: Aços Cr-Mo resistem bem até 550 C; Aços inox austeníticos até 650 C
peças de reatores nucleares, indústria aeroespacial (turbinas e mísseis): Superligas à base de Ni-Cr-Co
resistem bem a temperaturas > 1000 C
Utiliza-se de técnicas de extrapolação dos resultados, para longos períodos (10, 20 anos de vida útil)
Sofre influência: anisotropia, microestrutura, tratamento térmico, ambiente.
METAIS : > T fusão; > E ; > tamanho de grão...... IMPLICAM ... em > Resistência à FLUÊNCIA
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MÁQUINA DE ENSAIO:
Tempo
Corpo-deprova
o
C
kg
Peso
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Máquina de Ensaio
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CORPO DE PROVA:
S
superfícies lisas e isentas de defeitos;
aplicação da carga no eixo longitudinal do c.p.
comprimento l e diâmetro 2R;
l
Materiais frágeis geralmente são ensaios em condições de compressão
Ensaio em 3 categorias:
Fluência
Ruptura
Relaxação
(resistência à fluência)
(ruptura à fluência)
(deformação constante)
RESULTADOS DO ENSAIO:
Deformação
Região de
taxa de deformação
constante
Região de
encruamento
Região
de ruptura
Tempo
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Estágio primário : aumento da resistência (encruamento e ε0)
Estágio secundário : equilíbrio encruamento e recuperação (εm)
Estágio terciário : início do processo de ruptura pelos mecanismos de fratura
ε
I
dε/dt
II
(A)
III
I
tempo
II
III
(B)
tempo
Alguns materiais não apresentam os 3 estágios e alguns apresentam estricção
Tipos de Ensaios:
Ensaio de Fluência: vida útil do material (utiliza-se de métodos de extrapolação dos resultados) sendo
portanto realizado por um período determinado de tempo;
Ensaio de Ruptura: segue até a ruptura do c.p., fornecendo informações sobre a tensão nominal que o
material suporta em determinada T até a ruptura (cargas 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 à determinada temperatura.
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Tipos de Gráficos:
RESULTADO CARACTERÍSTICO DO ENSAIO:
Taxa Mínima de Fluência:
Tempo de Ruptura:
Pode ser relacionada com a tensão aplicada
ε& m = k 1 .σ n1
Vida útil do material
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Com os resultados de σ e εm em log-log, obtém-se uma reta .
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 prática 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 temperatura 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 que 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 Longos Períodos
Avaliar o comportamento à fluência em condições de T acima das especificadas, t mais curtos e mesma σ 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:
onde:
T.( C + log tr ) = constante
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 tr )
Obtendo-se o tempo de ruptura
Liga a base de ferro
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INFORMAÇÕES ADICIONAIS
Mecanismos de deformação à T elevadas:
movimento de discordâncias
recristalização
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 CG
aumento das microtrincas
coalescimento das microtrincas
formação de uma macrotrinca
Influência da tensão aplicada no ensaio, mantida a T cte
× Tensão
Ø tr
× εo
× εm
Influência da temperatura aplicada no ensaio, mantida a tensão cte
× Temperatura
Ø tr
× εo
× εm
Ligas metálicas mais resistentes:
aços inoxidáveis
superligas ou ligas a base de níquel, cobalto ou ferro ou combinações;
ligas refratárias (à base de nióbio, molibdênio, tungstênio, titânio, tântalo e cromo).
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Influência do Tamanho do grão:
Quanto Maior: Maior a Resistência à Fluência
A T altas é mais significativa a deformação por escorregamento dos contornos de grão
implicando em maiores deformações em materiais com granulação fina e
consequentemente, menor resistência à fluência.
Ex: lâminas de turbinas produzidas por:
fundição convencional (grãos cristalinos distribuídos aleatoriamente)
solidificação unidirecional (grãos colunares alongados)
monocristais
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Turbina de jato
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Lâminas de Turbinas:
(a) equiaxial :tR (b) colunar:2,5 tR (c) monocristal:9 tR
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Ensaio de Fluência em Lâmina de Turbina
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MATERIAIS CERÂMICOS:
Geralmente em condições de compressão
MATERIAIS POLIMÉRICOS:
Também suscetíveis a fluência: Ex: pneus de carro estacionado por longo período >
manchas planas
Comportamento dos polímeros: T baixas comportam-se como vidros (frágeis)
T intermediárias combinam os dois extremos: comportamento viscoelástico
T altas comportam-se como líquidos (viscosos)
Para análises em situação de fluência, costuma-se definir o termo Módulo de Fluência E:
σ representa a tensão constante aplicada
ε (t) representa a deformação em função do tempo
a)
b)
c)
d)
σ
E (t) =
ε (t)
Carga em função do tempo
Totalmente elástico
Viscoelástico
Viscoso
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Exercício 31
Liga de Níquel
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Exercício 34
Aço
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