Callister_-_Engenharia_e_Cincia_dos_Materiais_ptg_ ... - Ufrgs

MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING An Introduction
William D. Callister, Jr., John Wiley & Sons, 1991.
8. FALHA EM SERVIÇO
8.1 - INTRODUÇÃO
A falha de materiais de engenharia é quase sempre um evento indesejável por várias razões; estas
incluem vidas humanas que são postas em risco, perdas econômicas e a interferência com a
disponibilidade de produtos e serviços. Mesmo embora as causas de falhas e o comportamento de
materiais possam ser conhecidos, prevenção de falhas é difícil de garantir. As causas usuais são
seleção e processamento impróprios de materiais e inadequado projeto do componente ou seu mau
uso. É responsabilidade do engenheiro antecipar-se e planejar-se para possível falha e, na
eventualidade da ocorrência da falha, assessar sua causa e a seguir tomar medidas preventivas
apropriadas contra incidentes futuros.
Tópicos a serem abordados neste capítulo são os seguintes: fratura simples (tanto dútil
quanto frágil), fundamentos de mecânica da fratura, testes de fratura por impacto,
a transição dútil a frágil, fadiga e cripe. Estas discussões incluem mecanismos de falha, técnicas de
teste e métodos pelos quais falha pode ser prevenida ou controlada.
FRATURA
8.2 - FUNDAMENTOS DE FRATURA
Fratura simples é a separação de um corpo em 2 ou mais peças em resposta a uma tensão imposta
que é estática (isto é, constante ou variando lentamente com o tempo) e em temperaturas que são
baixas relativamente à temperatura de fusão do material. A tensão aplicada pode ser de tração,
compressão, cizalhamento ou torção; a presente discussão será confinada a fraturas que resultam a
partir de cargas de tração uniaxial. Para materiais de engenharia, 2 modos de fratura são possíveis:
dúteis e frágeis. A classificação baseia-se na capacidade de um material experimentar deformação
plástica. Materiais dúteis tipicamente exibem substancial deformação plástica com alta absorção de
energia antes da fratura. Por outro lado, existe normalmente pouca ou nenhuma deformação com
baixa absorção de energia acompanhando uma fratura frágil. Os comportamentos tensão de traçãodeformação
de ambos os tipos de fratura pode ser revisto na Figura 6.12.
"Dútil" e "frágil" são termos relativos; se uma particular fratura é de um modo ou do outro
depende da situação. Dutilidade pode ser quantificada em termos de porcentagem de elongação
(Equação 6.10) e porcentagem de redução de área (Equação 6.11). Além disso, dutilidade é uma
função da temperatura do material, da taxa de deformação e do estado de tensão.
A disposição de materiais normalmente dúteis em falhar de uma maneira frágil é discutida na Seção
8.6.
Qualquer processo de fratura envolve 2 etapas - formação da trinca e sua propagação -
em resposta a uma tensão imposta. O modo de fratura depende grandemente do mecanismo de
propagação. Fratura dútil é altamente dependente do mecanismo de propagação de trinca. Fratura
dútil é caracterizada por uma extensa deformação plástica na vizinhanca de uma trinca que avança.