Por que aplicando tensões abaixo do limite de escoamento do material durante a fadiga, existe a presença de deformação plástica localizada?

Passo 1

Beleza, então a pergunta é: “Por que, mesmo aplicando tensões cíclicas abaixo do limite de escoamento do material, a gente observa deformação plástica localizada durante a fadiga?”
Matéria envolvida: fadiga de materiais e conceito de limite de escoamento.
O que vamos precisar:
  • Entender o que é fadiga e limite de escoamento.
  • Saber que o material não é uniforme (microestrutura, rugosidade, entalhes).
  • Conhecer o fator de concentração de tensões e o efeito Bauschinger.

Passo 2

Primeiro, o que é fadiga?
Fadiga é quando você aplica um carregamento repetido (cíclico) no material, mesmo que cada pico de tensão seja menor que o limite de escoamento estático . Em teoria, se , não haveria plastificação… mas na prática rolam “surpresas” por causa de heterogeneidades no material.

Passo 3

Concentração de tensão na microestrutura
O material tem grãos, inclusões, microporos e até micro-rugosidades de superfície. Esses defeitinhos fazem a tensão local subir:
sigmarm local ;=; Kt ,sigmarm nominal
onde sigmarm nominal é o fator de concentração (pode ser de 1,1 até 3 ou mais, dependendo do entalhe). Então mesmo que
sigmarm local=Kt,sigmarm nominal>sigmay,
pode acontecer
e aí, localmente, o material entra em plastificação. Isso gera pequenos “bolsões” de deformação plástica que se repetem a cada ciclo.

Passo 4

Efeito Bauschinger
Quando a carga inverte (tensão fica de compressão em vez de tração), o material já plastificado tem seu limite de escoamento reduzido na direção contrária. Isso é o efeito Bauschinger:
  • Você plastificou um grão num ciclo de tração.
  • No retorno, ele “cede” mais fácil em compressão.
    Logo, cada inversão de carga agrava a plastificação local, ampliando a região plástica onde tudo começou.

Passo 5

Bandas de escorregamento persistente (PSBs)
Com várias repetições, nas zonas que já plastificaram, formam-se PSBs — caminhos preferenciais em que as discordâncias deslizam toda hora. Essas “pistas” ficam cada vez mais moles e vão acumulando deformação plástica localizada, até iniciar uma trinca.

Resposta

Mesmo com , as heterogeneidades (defeitos, entalhes) amplificam localmente a tensão acima de e, junto com o efeito Bauschinger e o desenvolvimento de bandas de escorregamento, provocam a formação de regiões de deformação plástica localizada durante a fadiga.

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