O Ensaio de Fluência

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pela dificuldade na deformação

A duração do ensaio é muito variável:

• Em geral, o tempo é superior a 1.000 horas.

• O normal é o tempo de ensaio ter a mesma duração esperada para a vida útil do produto.

• Extrapolação: o ensaio é realizado durante um tempo mais curto.

Na região de encruamento a velocidade de fluência é rápida e ocorre nas primeiras horas. A velocidade de deformação é decrescente, aumentando a resistência ao encruamento.

Região de taxa de deformação constante: A taxa de fluência é constante (linear). Estágio de duração mais longa. Equilíbrio entre os processos de encruamento e recuperação.

Região de ruptura: Aceleração da taxa de fluência, estricção seguido de ruptura.

Ensaio de ruptura por fluência

É semelhante ao anterior, porém neste caso os corpos de prova são sempre levados até a ruptura.

Os resultados obtidos no ensaio são:

• Tempo para a ruptura do corpo de prova.

• Medida da deformação.]

• Medida da estricção (em certos casos).

• Tempo de duração aproximadamente 1000 horas.

Ensaio de relaxação

Fornece informações sobre a redução da tensão aplicada ao corpo de prova quando a deformação em função do tempo é constante a determinada temperatura.

A duração do ensaio é muito variável:

• 1000 a 2000 horas.

• Os resultados não têm relação direta com aplicações práticas e são extrapolados empiricamente para situações reais.

III - Efeitos de Tensão e Temperatura

Tanto a temperatura quanto o nível de tensões aplicado afetam as características em fluência. Em temperaturas inferiores à 0,4 Th e após o estágio primário, a deformação é independente do tempo.

Com o aumento da tensão ou da temperatura observa-se:

i) Aumento da deformação instantânea;

ii) Aumento da velocidade de deformação em regime estacionário (έs = Δε/Δt);

iii) Redução do tempo total para a ruptura.

A forma mais comum de se apresentar os resultados é na forma do log da tensão X log do tempo de ruptura. Cabe citar que algumas ligas não apresentam linearidade.

Relações empíricas para a fluência em regime permanente:

έs= k1.σn

onde k1 e n são constantes do material.

Um gráfico logarítmico de έs X log σ produz uma reta cuja inclinação equivale a n.

Acrescentado a esta análise a influência da temperatura obtém-se a seguinte equação:

έs= K2σn.exp(-Qc/RT)

Onde Qc é a energia de ativação para a fluência.

Vários mecanismos teóricos foram propostos para explicar o comportamento em fluência de diversos materiais empregados, estes mecanismos incluem:

- difusão de lacunas induzidas por tensão;

- difusão em contornos de grão (crescimento de grão);

- movimentação de discordâncias;

- deslizamento de contornos de grão.

Cada um destes fatores leva a diferentes valores de n.

No caso de sistemas bem estudados, os dados de fluência são apresentados na forma de gráficos Tensão X Temperatura denominados de “Mapas de Mecanismo de Deformação”. Estes mapas indicam os regimes Tensão - Temperatura (áreas) sobre as quais vários mecanismos podem atuar, sendo incluídos também os contornos de velocidade de deformação constante. Desse modo, em algumas situações de fluência, dado o mapa adequado e quaisquer dois dos três parâmetros - temperatura, nível de tensões e velocidade de deformação por fluência - o terceiro parâmetro pode ser determinado.

IV - Métodos de Extrapolação de Dados (determinação de tempo de ruptura)

A necessidade de extrapolação surge em função das limitações de coleta de dados em escala de laboratório. Isto é particularmente verdade quando se trata de exposições prolongadas (da ordem de anos).

Uma solução é a utilização de temperaturas superiores àquelas requeridas em projeto em períodos de tempo mais curtos em níveis de tensão comparáveis ao que se pretende utilizar. Uma técnica comum de extrapolação é a utilização do parâmetro Larson-Miller definido como:

T(C + log tr)

C- Constante (normalmente = 20 para ligas ferrosas)

T - temperatura absoluta

tr - tempo para ruptura em horas

O tempo de ruptura para um dado material, medido em um nível de tensões específico, varia com a temperatura de tal modo que, este parâmetro permanece constante. Ou, os dados podem ser colocados em gráfico como o log da tensão X parâmetro Larson-Miller.

V- Parâmetros do Material a Serem Considerados

A vida em fluência de uma liga depende de alguns fatores metalúrgicos como:

Tamanho de Grão - Quanto menor o tamanho de grão do material menor poderá ser a vida em fluência do componente. Isto porque a tendência natural de um material policristalino, submetido a temperaturas elevadas é apresentar crescimento de grão, pela eliminação dos grãos