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Ensaios de materiais I-30
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Ensaio de fadiga |
Ensaio de impacto |
Ensaio de fadiga
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Fadiga é uma falha que pode ocorrer sob solicitações bastante inferiores ao limite de resistência do metal, isto é, na região elástica. É conseqüência de esforços alternados, que produzem trincas, em geral na superfície, devido à concentração de tensões.
No exemplo da Figura 01, uma barra submetida a um esforço de flexão alternado pode apresentar pequenas trincas em lados opostos A e B. Com a continuidade do esforço alternado, as trincas aumentam, reduzindo a área resistente da seção.
A ruptura de dá quando essa área se torna suficientemente pequena para não mais resistir à solicitação aplicada (C).
Fig 01
A fratura por fadiga é facilmente identificável. A área de ruptura C tem um aspecto distinto da restante, que se forma gradualmente.
A fadiga é um processo progressivo, mas a ruptura é brusca e, portanto, não é difícil imaginar o perigo que pode representar, uma vez que cargas variáveis ocorrem em inúmeros casos.
Um ensaio de fadiga por flexão pode ser feito com um arranjo conforme Figura 02.
Um motor gira um corpo de prova C. Os rolamentos externos são fixos em apoios e os internos recebem uma carga P, produzindo um esforço de flexão alternado devido à rotação do corpo de prova.
Fig 02
Assim, um ciclo completo de flexão alternada é aplicado a cada volta do eixo e o número de voltas é registrado pelo contador A. Quando o corpo se parte por fadiga, o contador deixa de ser acionado e sua indicação é o número de ciclos que o corpo suportou com a carga P.
Dadas as dimensões do corpo de prova, é possível calcular a tensão de flexão em função de P. Assim, repetindo o ensaio para diversos valores de P, é possível elaborar um gráfico relacionando o número de ciclos até a ruptura com a tensão de flexão (Figura 03).
Fig 03
A curva superior é típica de um aço-carbono 0,5% C endurecido; a curva intermediária, de uma liga de alumínio e a inferior, de um ferro fundido.
Pode-se notar que o aço tem um limite de resistência à fadiga, isto é, uma tensão abaixo da qual a vida da peça sob flexão alternada é teoricamente infinita.
Existem muitos outros aspectos a considerar no estudo da fadiga, que podem ser objetos de próximas atualizações desta página.
Ensaio de impacto
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A tenacidade de um material, avaliada a partir do ensaio de tração, pode dar uma idéia da sua resistência ao impacto, mas a relação não é necessariamente conclusiva. Esse fato tornou-se relevante durante a segunda guerra mundial, quando navios passaram a usar chapas soldadas no lugar da tradicional construção rebitada.
Sob impacto, trincas iniciadas em regiões de solda podiam propagar-se pelas chapas, que não apresentavam perda de tenacidade ou ductilidade em ensaios de tração.
Foram desenvolvidos então ensaios específicos para impactos, considerando que a resistência a eles é grandemente afetada pela existência de trincas ou entalhes e pela velocidade de aplicação da carga, condições que não podem ser facilmente implementadas em um ensaio comum de tração. A temperatura também exerce significativa influência.
Fig 01
O ensaio de impacto é simples conforme pode ser visto pelo esquema da Figura 01 (a): um corpo de prova padronizado com um entalhe é rompido pela ação de um martelo em forma de pêndulo. O princípio de operação pode ser analisado pela vista lateral (b) da mesma figura.
Supõe-se que o pêndulo seja levado até uma posição tal que o seu centro de gravidade fique a uma altura h0 em relação a uma referência qualquer. Desprezando a resistência do ar e o atrito no pivô, uma vez liberado e na ausência do corpo de prova, o pêndulo deverá atingir mesma altura do outro lado pelo princípio da conservação da energia,
Se o corpo de prova é inserido e rompido pelo impacto do pêndulo, a energia absorvida nessa operação faz o pêndulo atingir, no outro lado, uma altura máxima h1 menor que h0. Ou seja, a resistência ao impacto do material é dada pela diferenças entre as energias potenciais em h0 e em h1.
Na prática, o instrumento tem uma escala graduada, com indicador de valor máximo, para leitura direta da diferença de energias. Por ser energia, a resistência ao impacto deve ser dada em Joules (J), de acordo com o Sistema Internacional.
Em equipamentos mais antigos, podem ser consideradas unidades como quilograma-força metro (kgf m) ou libra-força pé (lbf ft). Há dois padrões comuns para o ensaio: Charpy e Izod. O primeiro é usual nos Estados Unidos e o segundo, na Europa.
Fig 02
No ensaio Charpy, o corpo de prova tem um entalhe central e é apoiado em ambas as extremidades. O impacto se dá no centro conforme Figura 02 (a).
O entalhe comum é tipo "V", mas há também padrão em forma de "U" ou fenda terminada em furo (dimensões para V: comprimento 55 mm, seção 10 x 10 mm, entalhe a 45º profundidade 2 mm).
Há padrões especiais (sem entalhe) para materiais como ferro fundido.
No padrão Izod, o corpo é engastado em um lado e recebe o impacto na outra extremidade conforme Figura 02 (b).
Fig 03
Conforme mencionado, a resistência ao impacto dos materiais varia com a temperatura. As curvas do gráfico da Figura 03 indicam, de forma aproximada, variações da energia de impacto Charpy para aços-carbono de diferentes teores de C, todos eles aquecidos (para formação da austenita) a 870ºC por 4 horas e resfriados lentamente, de forma que a estrutura é basicamente ferrita e perlita.
Notar que há uma temperatura ou faixa de temperaturas para a qual a energia de impacto muda de patamar, ou seja, de um valor mais baixo ("impacto frágil") para outro mais alto ("impacto dúctil"). Mas isso, naturalmente, é válido apenas para o corpo de prova. Não significa que, por exemplo, uma peça prática de aço com 0,6% C sofrerá sempre fratura frágil em temperatura ambiente.
Topo | Última revisão ou atualização: Set/2009
