Durante o processo de fluência de um material metálico, em geral, (a) qual é a relação da temperatura com o tempo para que haja a falha por fluência? (b) O que ocorre ao variarmos a tensão aplicada e/ou a temperatura do material em estudo?
Passo 1
Resumindo o enunciado: estamos estudando o fenômeno de fluência em um material metálico, que é a deformação lenta sob carga constante a alta temperatura. A questão (a) pede a relação entre temperatura e tempo de vida (tempo até falha por fluência) e a (b) o que acontece se mudarmos a tensão aplicada ou a temperatura.
Passo 2
Para prever o tempo de ruptura por fluência, costuma-se usar uma lei do tipo Arrhenius junto com dependência de tensão. Em geral temos
onde:
• é o tempo até ruptura por fluência,
• é um fator pré-exponencial (constante do material),
• é a tensão aplicada,
• é o expoente de tensão (empírico),
• é a energia de ativação da fluência (ligada à difusão),
• é a constante dos gases ideais,
• é a temperatura absoluta.
Dessa expressão vemos que, para tensão fixa, quanto maior , menor
, pois
decresce fortemente com
.
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Dessa expressão vemos que, para tensão fixa, quanto maior
Passo 3
Quando variamos
e/ou
, afeta-se a taxa de fluência e o tempo de vida de forma acentuada:
- Aumentando a tensão
, diminui-se segundo a lei de potência , ou seja, a fluência acelera e a ruptura ocorre mais cedo. - Aumentando a temperatura
, o fator exponencial cai, reduzindo muito .
Na prática, curvas de fluência (deformação vs. tempo) deslocam-se para tempos menores e apresentam fases (primária, secundária e terciária) mais curtas, com início antecipado do estágio terciário, marcado por aceleração rápida da deformação até a falha.
Resposta
(a) Em geral o tempo até falha por fluência obedece a uma lei do tipo
mostrando que, para carga constante,
decresce exponencialmente quando
aumenta.
(b) Ao aumentar a tensão aplicada ou a temperatura
, a taxa de fluência sobe, os três estágios de fluência encurtam e o tempo de ruptura
diminui de forma pronunciada.
(b) Ao aumentar a tensão aplicada