Livro Hibbeler - 7ª ed Resistencia Materiais (Livro)

PROPRIEDADES MECÂNICAS DOS MATERIAIS 77
d rregamento e deformação admissível por fluo
ca
fi A • d
Por exemplo, uma deformação por uencm e
% por ano foi sugerida para o aço empregado em
n'"' ""u:''"" e tubulações e de 0,25% por ano para revesde
chumbo para cabos.
vários métodos para determinar um limite de
admissível para um determinado material.
Um dos mais simples envolve o teste simultâneo
de vários corpos de prova à temperatura constante,
mas cada um deles é submetido a uma tensão axial
diferente. A medição d temp? ecessário para se
produzir uma deformaçao admissivel ou a defomade
ruptura para cada corpo de prova permite a
construção de um gráfico da tensão em relação ao
tempo. Normalmente, esses testes são executados
durante 1.000 horas, no máximo. A Figura 3.27 mostra
um exemplo elos resultados para aço inoxidável
ft temperatura ele 650°C e fluência de deformação
ele 1%. Como podemos observar, esse matem
limite de escoamento de 276 MPa à temperatura
ambiente (0,2% de deformação residual) e
uma resistência à fluência em 1.000 horas de aproximadamente
cr1 = 138 MPa.
Em geral, a resistência à fluência diminuirá para
temperaturas mais altas ou para tensões aplicadas
mais altas·. Para períodos mais longos, é preciso fazer
extrapolações nas curvas, o que costuma exigir certa
txpcriência com o comportamento ela fluência e algum
conhecimento suplementar das propriedades de
fluência do material a ser utilizado. Contudo, uma vez
determinada a resistência à fluência elo material, aplica.;c
um fator de segurança para obter-se uma tensão
udrnissi'vcl adequada para o projeto.
Quando um metal é submetido a ciclos rede
tensih> ou deformação, sua estrutura pode
romper-se, o que, por rim, resulta em ruptura. Esse
comportamento é denominado .fadiga e, normalmente,
por grande porcentagem de falhas em
bielas e virabrequins de motores, pás de turbinas a vapor
ou a gás, aeoplamentos ou apoios para pontes, rodas
e eixos de vagões ferroviários, entre outras peças
sujeitas a carregamento cíclico. Em todos esses casos, a
ruptura ocorrerá a uma tensão menor que a tensão de
escoamento do material.
Aparentemente, a natureza dessa falha resulta do
fato de haver regiões microscópicas, geralmente na
superfície de um elemento, onde a tensão localizada
se torna muito maior do que a tensão média que age
na seção transversal como um todo. Como essa tensão
mais alta é cíclica, leva à formação de minúsculas
trincas. A ocorrência dessas trincas provoca aumento
adicional da tensão em suas extremidades ou bordas,
o que, por sua vez, provoca aumento adicional
da extensão das trincas no material com a contínua
aplicação da tensão cíclica. A certa altura, a área da
seção transversal do elemento reduz-se a um ponto
no qual não se pode mais suportar a carga, e o resultado
é a ocorrência de ruptura repentina. O material,
ainda que considerado dúctil, comporta-se como se
fosse frágil.
Para especificar uma resistência segura para um
material metálico sob carga repetida, é necessário
determinar um limite abaixo do qual nenhuma evidência
de falha possa ser detectada após a aplicação
de uma carga durante um número específico de
ciclos. Essa tensão-limite é denominada limite de
fadiga. Usando uma máquina de ensaio adequada
para tal finalidade, vários corpos de prova são submetidos
a uma tensão cíclica específica até falharem.
Os resultados são marcados em um gráfico no qual
a tensão S (ou a) é a ordenada e o número de ciclos
até a falha, N, é a abscissa. Esse gráfico é denominado
diagrama S-N ou diagrama tensão-ciclo e, na
maioria das vezes, os valores de N são marcados em
uma escala logarítmica, já que, em geral, são muito
grandes.
100
() ·-·'"-·"-'----L---L__j__ I( h)
2(]{) 400 60() 800 1000
'J'"'w' """'' cr-I para aço inoxidável
a 650"C e deformação por fluência de 1%
Figura 3.27