aula 4 curso de análise de falhas: fratura ductil x frágil e x frágil e

Transcrição

Universidade de São Paulo
Escola Politécnica
Depto. Eng. Metalúrgica e de Materiais
aula 4
curso de análise de
falhas:
fratura ductil x frágil e
fratura por fadiga
Curso de análise de falhas
1
Cesar R. F. Azevedo – aula 04
Escola Politécnica
conteúdo da aula 4
• Pontos principais das aulas passadas:
• fraturas dúctil e frágil;
• propagação da trinca – modelos;
• fatores que afetam o comportamento dúctilfrágil.
• Fratura por fadiga.
2
Escola Politécnica
fatores que afetam o comportamento dúctildúctil-frágil
•
•
•
•
•
Estrutura cristalina do material;
Temperatura;
Microestrutura;
Relação de orientação cristal / tensão;
Meio (fragilização por H; corrosão sob
tensão);
• Estado de tensões (entalhe, espessura,
carregamento, propagação)
3
Escola Politécnica
propagação da trinca
• Razões para discrepâncias entre valores
teórico e experimental da tensão crítica de
clivagem:
– Presença de concentradores de tensão:
defeitos, trincas;
– Fator termodinâmico: propagação só ocorre
se o crescimento da trinca reduz a energia
total do sistema;
– Presença de fatores ambientais:
segregação, corrosão;
– Presença de deformação plástica.
4
Escola Politécnica
modos competitivos de propagação da trinca
a) Quebra das ligações interatômicas sem deformação
plástica – clivagem;
b) Deformação plástica na ponta
da trinca – cisalhamento ou
maclação;
c) Nucleação de pequenas
trincas à frente da trinca
principal.
Dimensões e formatos das zonas
dependem do material e condições
do ensaio
Definem a topografia de fratura
f(T, taxa carreg, material,
microestrutura, orientação ...)
5
Escola Politécnica
propagação da trinca com def. plástica
Distribuição de tensões em material “elástico”
Distribuição de tensões em material “elásto-plástico”
Limite de
escoamento
6
Escola Politécnica
estado de tensões
Limite de
escoamento
triaxial
Limite de
escoamento
uniaxial
Triaxial
Uniaxial
Deformação antes da fratura
7
Escola Politécnica
triaxial
estado de tensões
biaxial
Espessura 1
Espessura 2 > 1
Mudança de estado de tensões na propagação da trinca e seu efeito
no aspecto macrofractográfico
8
Escola Politécnica
estado de tensões e critérios de escoamento
9
Escola Politécnica
estado de tensões: uniaxial
Critério de deformação plástica
von Mises
10
Escola Politécnica
estado de tensões: biaxial (plano de tensões)
von Mises
11
Escola Politécnica
estado de tensões: triaxial
σ 3 de tração
(mesmo sinal):
redução da tensão
de cisalhamento a
45°: dificulta
deformação plástica
τmax: Quanto maior este valor maior facilidade de
deformação plástica comparando vários estados de
=> fratura frágil
tensão para o mesmo material
σ 3 de compressão
(sinal dif.):
aumento da tensão
de cisalhamento a
45°: facilita
deformação plástica
12
Escola Politécnica
estado de tensões: hidrostático
σ1=σ2=σ3 = > τmax = 0
fratura frágil
13
Escola Politécnica
Tenacidade à fratura versus temperatura e estrutura
cristalina
14
Escola Politécnica
Deformação plástica: monocristal
15
Escola Politécnica
Deformação plástica: policristal (alvéolos)
16
Escola Politécnica
Linhas de escorregamento na superfície livre, fratura
dúctil
17
Escola Politécnica
conteúdo da aula 4
• Pontos principais da aula passada:
• fraturas dúctil e frágil;
• propagação da trinca – modelos;
• fatores que afetam o comportamento dúctilfrágil.
• Fratura por fadiga.
• Macro e micromecanismo;
18
Escola Politécnica
Fadiga
1954: 'Metal fatigue' caused Comet aircrafts
to
crash. The public inquiry into these indicated that
metal fatigue was the most likely cause of two
recent crashes. σ < σy
Comet was
designed and built
in the UK. It was
the
world’s first
commercial jet
airliner!
19
Escola Politécnica
Fadiga
A research team subjected models, full-size aircraft and replicas to
elaborate and searching tests ever carried out on an airliner. One
fragment collected from the scene of the crash showed that a crack had
developed due to metal fatigue near the aerial window, situated in the
front of the cabin roof. Stress was concentrated on the corners of the
aircraft's windows.
20
Escola Politécnica
Fadiga: ciclagem
- Definição (ASTM E1150):
“A fadiga é um processo de
mudança estrutural
permanente, localizada e
progressiva, que ocorre em
um material submetido a
condições que produzem
tensões e deformações
flutuantes em algum ponto
(ou pontos), e que pode
culminar em trincas ou
fratura completa após um
número suficiente de
flutuações”.
σ <deσanálise
< σ LE.
Curso
LR oudeσfalhas
21
Escola Politécnica
Fadiga: aspecto macrofractográfico
Não há marcas de praia!
22
Escola Politécnica
Fadiga: aspecto macrofractográfico,
macrofractográfico, marcas de praia
Há marcas de praia!
23
Escola Politécnica
Asm handbook – vol. 11
Proporção de zona
de arrancamento
final (fratura instável)
Tração-tração ou
Traçãotração--compressão
tração
ou flexão unidirecional
Pontos de nucleação de
fratura por fadiga
24
Escola Politécnica
Flexão reversa
25
Escola Politécnica
torção
26
Escola Politécnica
Fadiga:
aspecto macrofractográfico
Final fracture occurs when the
crack has grown to the critical size
for overload failure.
The size of the final-fracture
zone depends on the magnitude of
the loads, and its shape depends
on the geometry, size, and direction
of loading of the fractured part.
The final-fracture zone is often fibrous, resembling the
fracture surfaces of impact or fracture-toughness test
specimens of the same material.
27
Escola Politécnica
Marcas de praia em fratura por corrosão sob tensão. 4×
28
Escola Politécnica
MIT
Estágios de propagação da trinca de fadiga
29
Escola Politécnica
MIT
30
Escola Politécnica
Fadiga: aspecto microfractográfico
31
Escola Politécnica
Início no plano máximo de cisalhamento: Estágio I dura alguns
grãos
32
Escola Politécnica
Fadiga: aspecto microfractográfico do estágio B
33
Escola Politécnica
34
Escola Politécnica
35
Escola Politécnica
Com estrias de fadiga
Sem estrias de fadiga
36
Escola Politécnica
Propagação da trinca
Marcas de estrias em liga de Al. Cada estria é causada por um ciclo
37
Escola Politécnica
38
Escola Politécnica
39
Escola Politécnica
With uniform loading, fatigue striations generally increase in
spacing as they progress from the origin of fatigue.
Each striation is the result of a single cycle of stress, but every
stress cycle does not necessarily produce a striation;
Striation spacing depends strongly on the level of applied
loading.
40
Escola Politécnica
The clarity of the striations depends on the ductility of the
material.
Striations are more visible at stress levels higher than the
fatigue limit, and they are more readily visible in ductile
materials.
Fatigue striations in high-strength steel are less visible than in
an aluminum alloy.
41
Escola Politécnica
42
Escola Politécnica
Fatigue in Titanium alloy: maclação
43
Escola Politécnica
Fadiga: limite de fadiga
44
Escola Politécnica
Fadiga: limite de fadiga
45
Escola Politécnica
46
Escola Politécnica
Curva SS-N
47
Escola Politécnica
Curva SS-N
48
Escola Politécnica
49
Escola Politécnica
50
Escola Politécnica
Fadiga: efeitos da tensão residual na superfície e do
acabamento superficial
51

aula 4 curso de análise de falhas: fratura ductil x frágil e x frágil e

Transcrição

Documentos relacionados

Publicação semanal do E.C. Banespa • Nº 158 • 21/02/2012

RIMAS | FIS

ALUÍSIO DE AZEVEDO

a ampliação e a readequação do ensino da física para a

horário do clube no carnaval

Síndrome de Medeia e VDCA

assassino - RPG com Nozes

Rotary Club de Sorocaba Sul Distrito 4620 ATA M.G.A. Nº 047 40ª

caso de sucesso: redução de peso em virabrequins e

SEMINÁRIO INTERNACIONAL Artes e território no mundo lusófono

1 of 26 40-Matthew 01-04 eng Mateus 1

- Academia das Ciências de Lisboa

Lesões no Aparelho Locomotor - Professor Gil Oliveira da Silva Junior

Lista dos candidatos a vereador do Rio em 2012

LISTÃO – PCNA: CURSO DE NIVELAMENTO Eng

derslerim com