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
, onde
é a temperatura de fusão). Mesmo sem aumento da carga, a curva deformação×tempo mostra que:
com taxa de fluência dada em regime secundário por
onde
é a tensão,
o expoente de tensão,
a energia de ativação,
a constante dos gases e
uma constante de material.
Passo 3
A cinemática da fluência divide-se em três estágios:
- Primário: a taxa
decresce, pois há encruamento inicial. - Secundário (estado quase estacionário): a taxa
é praticamente constante, equilibrando encruamento e recuperação dinâmica. - Terciário: a taxa
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.