Callister_-_Engenharia_e_Cincia_dos_Materiais_ptg_ ... - Ufrgs

Fatores de Projeto. O projeto de um componente pode ter significativa influência sobre suas
características de fadiga. Qualquer entalhe ou descontinuidade geométrica pode agir como um
elevador de tensão e sítio de iniciação de trinca de fadiga; estes fatores de projeto incluem ranhuras,
buracos, rasgosde chaveta, adoçamento e assim por diante. Quando mais aguda for a
descontinuidade (isto é, quanto menor for o raio de curvatura), tanto mais severo é a concentração
de tensão. A probabilidade de falha por fadiga pode ser reduzida evitando-se (quando possível)
estas irregularidades estruturais ou fazendo-se modificações de projeto pelas quais mudanças
bruscas de contorno conduzindo a arestas vivas são eliminadas - por exemplo, exigindo
adoçamentos arredondados com grandes raios de curvatura no ponto onde exista uma mudança de
diâmetro para uma árvore rotativa (Figura 8.30).
Tratamentos de Superfície. Durante operações de usinagem, pequenos arranhões e ranhuras são
invariavelmente introduzidos na superfície da peça de trabalho por ação de ferramenta cortante.
Estas marcas de superfície podem limitar a vida em fadiga. Tem sido observado que melhorando o
acabamento da superfície por polimento melhorará significativamente a vida em fadiga.
Um dos mais efetivos métodos de aumentar o desempenho de fadiga é impondo tensões
residuais compressivas dentro de de uma fina camada superficial externa.Assim uma tensão de
tração superficial de origem externa será parcialmente nulificada e reduzida em magnitude pela
tensão compressiva residual. O efeito líquido é que a probabilidade de formação de trinca e
portanto de falha por fadiga é reduzida.
Tensões residuais compressivas são comumente introduzidas mecanicamente dentro de
metais dúteis por deformação plástica localizada dentro da região da superfície externa.
Comercialmente, isto é às vezes realizado por um processo denominado encruamento por jatopercussão
("shot peening"). Partículas pequenas e duras tendo diâmetro dentro da faixa de 0,1 a
1,0 mm são projetadas em altas velocidades sobre a superfície a ser tratada. A deformação
resultante induz tensões compressivas até uma profundidade entre 1/4 e 1/2 do diâmetro da partícula
("shot").
Cementação é uma técnica pela qual tanto a dureza superficial quanto a vida em fadiga
são melhoradas para ligas de aço. Isto é realizado por um processo de carburação ou nitretação
pelo qual um componente é exposto a uma atmosfera carbonosa ou nitrogenosa numa elevada
temperatura. Uma camada superficial externa (ou capa, "case") rica em carbono ou nitrogênio (é
introduzida por difusão atômica a partir da fase gasosa). A capa é normalmente da ordem de 1 mm
de profundidade e é mais dura do que o núcleo interior do material. (A influência do teor de carbono
sobre a dureza de ligas Fe-C está demonstrada na Figura 10.21a). A melhoria das propriedades de
fadiga resulta da aumentada dureza dentro da capa, bem como as desejadas tensões residuais
compressivas cuja formação assiste ao processo de carburação e nitretação. Uma capa externa rica
em carbono pode ser observada para a engrenagem mostrada na fotografia da página 94; ela
aparece como uma casca externa preta dentro do segmento seccionado. O aumento na dureza da
capa é demonstrada na fotomicrografia que aparece na Figura 8.31.As escuras e alongadas formas