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:
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.
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
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:
O material tem grãos, inclusões, microporos e até micro-rugosidades de superfície. Esses defeitinhos fazem a tensão local subir:
onde
é o fator de concentração (pode ser de 1,1 até 3 ou mais, dependendo do entalhe). Então mesmo que
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:
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.
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.