Caracterize o mecanismo de falha por fluência.

Passo 1

O enunciado pede para caracterizar o mecanismo de falha por fluência, ou seja, entender como materiais submetidos a uma tensão constante em altas temperaturas acabam rompendo após deformação plástica dependente do tempo. O conteúdo envolvido é mecânica dos materiais e fratura, e vamos precisar definir o que é fluência, suas etapas, os mecanismos microestruturais e como isso leva ao colapso do componente.

Passo 2

Fluência é a deformação plástica que cresce com o tempo quando um material está sob tensão fixa e temperatura elevada (tipicamente (T>0,4\,T_{m}), onde T_{m} é a temperatura de fusão). Mesmo sem aumento da carga, a curva deformação×tempo mostra que:
\varepsilon(t)=\int_{0}^{t}\dot\varepsilon\,dt
com taxa de fluência dada em regime secundário por
\dot\varepsilon = A\,\sigma^{n}\,\exp\!\Bigl(-\frac{Q}{R\,T}\Bigr)
onde \sigma é a tensão, n o expoente de tensão, Q a energia de ativação, R a constante dos gases e A uma constante de material.

Passo 3

A cinemática da fluência divide-se em três estágios:
  1. Primário: a taxa \dot\varepsilon decresce, pois há encruamento inicial.
  2. Secundário (estado quase estacionário): a taxa \dot\varepsilon é praticamente constante, equilibrando encruamento e recuperação dinâmica.
  3. Terciário: a taxa \dot\varepsilon cresce aceleradamente até a ruptura, devido à concentração de deformação e surgimento de defeitos.

Passo 4

Nos estágios de fluência ocorrem micromecanismos como:
  • Creep por difusão (Nabarro–Herring no volume e Coble ao longo de contornos de grão).
  • Creep por deslizamento de discordâncias e climb (movimento de discordâncias por absorção/emissão de vacâncias).
  • Deslizamento ao longo de contornos de grão (grain-boundary sliding), favorecendo abertura de cavidades em junções de 3 grãos.

Passo 5

O mecanismo de falha resulta da nucleação de cavidades em contornos de grão e inclusões, crescimento dessas cavidades sob a tensão local e, por fim, coalescência das mesmas, formando trincas intergranulares. O aspecto de fratura é tipicamente intergranular, com morfologia de cavidades e pouca plastificação macroscópica antes do colapso.

Resposta

A falha por fluência ocorre quando, sob tensão constante e alta temperatura, o material sofre deformação plástica contínua em três estágios (primário, secundário e terciário) devido a processos de difusão e movimento de discordâncias. No estágio terciário, cavidades nucleadas em contornos de grão crescem e se coalescem, levando à fratura intergranular do componente.

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