Caracterize o mecanismo de falha por fadiga.
Passo 1
O enunciado pede para caracterizar o mecanismo de falha por fadiga. Isso faz parte da disciplina de resistência dos materiais e trata de como peças metálicas (ou de outros materiais) cedem quando submetidas a carregamentos cíclicos, mesmo que o nível de tensão seja inferior à resistência estática do material.
Passo 2
A fadiga é a falha que ocorre por variações repetidas de tensão ao longo do tempo. Mesmo que a tensão máxima em cada ciclo seja menor que o limite de escoamento ou a resistência à tração, a peça pode acumular danos internos e, eventualmente, fraturar.
Passo 3
O mecanismo de fadiga divide-se em três estágios principais:
- Iniciação de trinca: surgem microfissuras na superfície do material, geralmente em concentrações de tensão (arestas vivas, defeitos de usinagem, regiões endurecidas).
- Propagação de trinca por fadiga: a cada ciclo as fissuras crescem de maneira estável, gerando características como estriações microscópicas e marcas de “praia” (beach marks) visíveis a olho nu.
- Fratura final: quando a secção remanescente não suporta mais o carregamento, ocorre ruptura rápida e típica de fratura frágil, com superfície granulada.
Passo 4
Enquanto a trinca propaga sob tensões cíclicas, o material sofre um processo de abertura e fechamento do fio de trinca. A velocidade de propagação depende da amplitude de tensão
e pode ser descrita pela lei de Paris:
onde
é o comprimento da trinca,
o número de ciclos,
o fator de intensidade de tensão e
constantes do material.
Passo 5
Na fase de fratura final, após o crescimento instável da trinca, o carregamento excede a resistência residual, levando à ruptura brusca. A superfície de fratura costuma apresentar duas regiões: a de propagação lenta (com “marcas de praia”) e a de ruptura rápida (com aspecto granular).
Passo 6
Fatores que influenciam a fadiga:
- Concentração de tensões: cortes, furos, rebarbas aumentam a tensão localizada.
- Acabamento superficial: superfícies mais rugosas iniciam trincas mais cedo.
- Ambiente: corrosão acelera a propagação de trincas (fadiga por corrosão).
- Tratamentos térmicos e de compressão residual (shot peening) podem aumentar a vida de fadiga.
- Curva S–N (Wöhler) mostra a relação entre amplitude de tensão e número de ciclos até falha; alguns aços possuem limite de fadiga abaixo do qual teoricamente não falham.
Resposta
O mecanismo de falha por fadiga caracteriza-se por:
- Iniciação de microtrincas na superfície em pontos de concentração de tensão.
- Propagação estável da trinca a cada ciclo de carregamento, gerando estriações e marcas de praia.
- Fratura final rápida quando a seção resistente já não suporta a carga.
- Dependência da amplitude de tensão, do acabamento e do ambiente, representada pela curva S–N.