Ensaio de Fluencia

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  • Ensaio de Fluncia

    EM-641

    Ensaio de Fluncia

    DEFINIO: Fluncia a deformao plstica que ocorre em qualquer tipo de material e decorrente da aplicao de uma carga/tenso constante em funo do tempo e temperaturas elevadas (para metais T > 0,4 T fuso)

    Objetivo determinar a vida til do material nessas condies

    Pode ser feito em peas acabadas ou c.p similares aos de trao.

    Dados quantitativos, e amplamente utilizado na indstria petroqumica, tubulaes de vapor:

    Ex: Aos Cr-Mo resistem bem at 550 C; Aos inox austenticos at 650 C

    peas de reatores nucleares, indstria aeroespacial (turbinas e msseis): Superligas base de Ni-Cr-Coresistem bem a temperaturas > 1000 C

    Utiliza-se de tcnicas de extrapolao dos resultados, para longos perodos (10, 20 anos de vida til)

    Sofre influncia: anisotropia, microestrutura, tratamento trmico, ambiente.

    METAIS : > T fuso; > E ; > tamanho de gro...... IMPLICAM ... em > Resistncia FLUNCIA

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    MQUINA DE ENSAIO:

    kg

    o C

    Peso

    Corpo-de-prova

    Tempo

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    Mquina de Ensaio

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    RESULTADOS DO ENSAIO:

    Tempo

    Deformao

    Regio deencruamento

    Regio detaxa de deformaoconstante

    Regiode ruptura

    CORPO DE PROVA:

    superfcies lisas e isentas de defeitos;

    aplicao da carga no eixo longitudinal do c.p.

    comprimento l e dimetro 2R;

    Materiais frgeis geralmente so ensaios em condies de compresso l

    S

    Ensaio em 3 categorias: Fluncia (resistncia fluncia)Ruptura (ruptura fluncia)Relaxao (deformao constante)

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    Estgio primrio : aumento da resistncia (encruamento e 0)Estgio secundrio : equilbrio encruamento e recuperao (m)Estgio tercirio : incio do processo de ruptura pelos mecanismos de fratura

    Alguns materiais no apresentam os 3 estgios e alguns apresentam estrico

    d/dt

    tempo

    I III II

    tempo

    I III II

    (A) (B)

    Tipos de Ensaios:

    Ensaio de Fluncia: vida til do material (utiliza-se de mtodos de extrapolao dos resultados) sendo

    portanto realizado por um perodo determinado de tempo;

    Ensaio de Ruptura: segue at a ruptura do c.p., fornecendo informaes sobre a tenso nominal que o

    material suporta em determinada T at a ruptura (cargas maiores que as especificadas);

    Ensaio de Relaxao: fornece informaes sobre a reduo da tenso aplicada ao c.p. quando a deformao

    em funo do tempo constante determinada temperatura.

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    RESULTADO CARACTERSTICO DO ENSAIO:

    Taxa Mnima de Fluncia:

    Tempo de Ruptura:

    Pode ser relacionada com a tenso aplicada

    Vida til do material

    Tipos de Grficos:

    1n1m .k =&

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    Com os resultados de e m em log-log, obtm-se uma reta .Esta outra forma de apresentao dos resultadosdo ensaio de fluncia, e deve ser utilizada comovalores de referncia para projetos de componentesque devam resistir fluncia.

    Ao se fazer referncia a dados de fluncia, prtica comum a meno dos termos como resistncia fluncia e resistncia ruptura. A resistncia fluncia definida como a tenso a uma determinada temperatura que produz uma taxa mnima de fluncia de por exemplo 0,0001 por cento/hora ou 0,001 por cento/hora.A resistncia ruptura refere-se tenso a uma determinada temperatura que produz uma vida at a ruptura de 100, 1.000 ou 10.000 horas.

    Uma taxa mnima de fluncia de 0,0001% , implica uma deformao de 1% a cada 10.000 h de operao

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    Extrapolao de Caractersticas de Fluncia para Longos Perodos

    Avaliar o comportamento fluncia em condies de T acima das especificadas, t mais curtos e mesma e, a partir dos resultados, fazer uma extrapolao s condies de operao do componente.

    Uma extrapolao segura s pode ser feita quando se tem certeza que no ocorrero mudanas estruturais na regio da extrapolao que resultem na variao da inclinao da curva.

    Parmetro de Larson-Miller: T.( C + log tr ) = constante

    onde: C = constante de Larson-Miller, da ordem de 20 ,

    T = temperatura do ensaio [K] ,

    tr = tempo de ruptura [h].

    Grficos de tenso x Larson-Miller

    Ex: Tenso de 400 MPa e T de 873 K

    Determina-se Larson-Miller

    Aplica a equaoC = T ( 20 + log tr )

    Obtendo-se o tempo de rupturaLiga a base de ferro

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    INFORMAES ADICIONAIS

    Mecanismos de deformao T elevadas:movimento de discordnciasrecristalizao escorregamento de contornos de gros.

    O 1o e o 3o so favorecidos com o aumento T.

    Mecanismos de fratura a T elevadas:formao de cavidades nos CGaumento das microtrincascoalescimento das microtrincasformao de uma macrotrinca

    Influncia da tenso aplicada no ensaio, mantida a T cte Tenso tr o m

    Influncia da temperatura aplicada no ensaio, mantida a tenso cte Temperatura tr o m

    Ligas metlicas mais resistentes: aos inoxidveissuperligas ou ligas a base de nquel, cobalto ou ferro ou combinaes; ligas refratrias ( base de nibio, molibdnio, tungstnio, titnio, tntalo e cromo).

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    Influncia do Tamanho do gro:

    Quanto Maior: Maior a Resistncia Fluncia

    A T altas mais significativa a deformao por escorregamento dos contornos de gro implicando em maiores deformaes em materiais com granulao fina e consequentemente, menor resistncia fluncia.

    Ex: lminas de turbinas produzidas por:fundio convencional (gros cristalinos distribudos aleatoriamente)solidificao unidirecional (gros colunares alongados) monocristais

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    Turbina de jato

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    Lminas de Turbinas:(a) equiaxial :tR (b) colunar:2,5 tR (c) monocristal:9 tR

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    Ensaio de Fluncia em Lmina de Turbina

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    MATERIAIS CERMICOS: Geralmente em condies de compresso

    MATERIAIS POLIMRICOS: Tambm suscetveis a fluncia: Ex: pneus de carro estacionado por longo perodo > manchas planas

    Comportamento dos polmeros: T baixas comportam-se como vidros (frgeis)

    T intermedirias combinam os dois extremos: comportamento viscoelstico

    T altas comportam-se como lquidos (viscosos)

    Para anlises em situao de fluncia, costuma-se definir o termo Mdulo de Fluncia E:

    representa a tenso constante aplicada (t) representa a deformao em funo do tempo

    )t()t(E

    =

    a) Carga em funo do tempob) Totalmente elsticoc) Viscoelsticod) Viscoso

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    Exerccio 31Liga de Nquel

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    Exerccio 34

    Ao