( 2,0 pontos) Para a seleção de materiais destinados a utilização em altas temperaturas e ambientes não corrosivos, qual propriedade mecânica deve-se considerar? Justifique esta escolha descrevendo o ensaio mecânico realizado para definir esta propriedade.
Passo 1
Beleza, o enunciado pede pra gente escolher qual propriedade mecânica é mais importante quando um material vai trabalhar em altas temperaturas (e num ambiente que não corrói). Além disso, temos que explicar o ensaio que mede essa propriedade. O assunto aqui é Mecânica dos Materiais, mais especificamente o comportamento sob temperatura elevada – ou seja, fluência (creep). Para resolver, vamos precisar:
- Entender o que é fluência e por que ela ocorre;
- Descrever como funciona o ensaio de fluência;
- Amarrar tudo justificando nossa escolha.
Passo 2
O que é fluência?
Quando um metal (ou liga) fica quente e está sob carga constante por muito tempo, ele continua deformando devagarinho mesmo que a tensão seja menor do que o limite de escoamento que conhecemos a frio. Esse fenômeno de deformação lenta e progressiva em altas temperaturas é chamado de fluência (ou “creep”). Tem três estágios principais:
Quando um metal (ou liga) fica quente e está sob carga constante por muito tempo, ele continua deformando devagarinho mesmo que a tensão seja menor do que o limite de escoamento que conhecemos a frio. Esse fenômeno de deformação lenta e progressiva em altas temperaturas é chamado de fluência (ou “creep”). Tem três estágios principais:
- Estágio primário: deformação rápida que vai diminuindo;
- Estágio secundário: deformação a uma taxa praticamente constante;
- Estágio terciário: acelera até romper.
Passo 3
Como é o ensaio de fluência?
- Preparam-se corpos-de-prova padronizados, normalmente em forma de barra cilíndrica ou retangular, com comprimento inicial
e seção transversal . - Coloca-se o corpo-de-prova num forno ou fornalha a uma temperatura constante
(a mesma em que o material deve trabalhar). - Aplica-se uma carga estática
, de modo que a tensão seja
- Mede-se, ao longo do tempo
, a deformação uniaxial
- O teste segue até um tempo pré-determinado ou até o rompimento do corpo-de-prova. A partir dos dados
versus , extraímos:
• Taxa de fluência estável () no estágio secundário;
• Tempo até ruptura (time to rupture);
• Deformação total.
Passo 4
Por que a resistência à fluência é a propriedade chave?
Em altas temperaturas, ligas metálicas perdem boa parte de sua resistência ao escoamento a curto prazo, mas o maior problema na prática é que elas deformam lentamente com o passar das horas ou anos, o que pode causar folgas, empenos ou até falha estrutural. Então, mesmo que um material tenha um limite de escoamento alto à temperatura ambiente, se ele “escorregar” (fluir) a longo prazo sob calor, não serve para aplicações que exigem estabilidade dimensional e resistência duradoura.
Em altas temperaturas, ligas metálicas perdem boa parte de sua resistência ao escoamento a curto prazo, mas o maior problema na prática é que elas deformam lentamente com o passar das horas ou anos, o que pode causar folgas, empenos ou até falha estrutural. Então, mesmo que um material tenha um limite de escoamento alto à temperatura ambiente, se ele “escorregar” (fluir) a longo prazo sob calor, não serve para aplicações que exigem estabilidade dimensional e resistência duradoura.
Resposta
A propriedade mecânica a considerar é a resistência à fluência (creep strength). O ensaio que define essa propriedade é o ensaio de fluência à temperatura constante, em que se aplica uma carga fixa a um corpo-de-prova mantido na temperatura de serviço e se mede a deformação ao longo do tempo.