A Fluência Fluência em Materiais Cristalinos
Por: CCDS1995 • 15/10/2021 • Trabalho acadêmico • 2.360 Palavras (10 Páginas) • 103 Visualizações
1. Introdução 3
2. Fluência 3
3. Ensaio de fluência 5
4. Fluência em materiais cristalinos 7
5. Fluência em polímeros 11
6. Fluência em concreto 12
7. Conclusão 14
8. Referências Bibliográficas 15
Introdução
A deformação plástica que um material sofre, em função do tempo e da temperatura, quando é submetido à tensão constante é chamada de fluência. Esse fenômeno atinge materiais metálicos, cerâmicos cristalinos e alguns polímeros, e em alguns casos pode ocorrer em temperatura ambiente. A fluência é importante na engenharia, pois inúmeras aplicações possuem ambiente de trabalho em alta temperatura. Reatores nucleares, turbinas a vapor em usinas de energia, motores a jato e foguetes são alguns exemplos dessas aplicações. (DOWLING; SIVA PRASAD; NARAYANASAMY, 2013; FRANCESCHI; ANTONELLO, 2017)
Para evitar falhas por fluência, deve-se realizar uma seleção de materiais apropriada. Em razão disso, pesquisadores e engenheiros buscam constantemente métodos para analisar e prever o comportamento de materiais e assim prolongar seu tempo de trabalho. (DOWLING; SIVA PRASAD; NARAYANASAMY, 2013)
Fluência
A fluência pode reduzir o tempo de vida de componentes e estruturas. A movimentação das falhas presentes nas estruturas pode alterar sua dimensão e tensão de resistência. A velocidade de fluência é relacionada ao tempo, à deformação plástica e à temperatura. (FRANCESCHI; ANTONELLO, 2017)
Alguns efeitos ambientais, como oxidação, também podem impactar nas falhas por fluência de alguns materiais à medida que a atividade química aumenta com a temperatura. Na Figura observa-se um gráfico que relaciona a resistência à oxidação ao ar e falhas relacionadas à fluência para vários materiais. (DOWLING; SIVA PRASAD; NARAYANASAMY, 2013) Já na Figura, é apresentado um gráfico que relaciona tensão com temperatura máxima de serviço para diversas classes de materiais.
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Figura 1: Relação entre fluência e resistência à oxidação para diversos materiais de engenharia
Fonte: DOWLING, N. E.; SIVA PRASAD, K.; NARAYANASAMY, R. Mechanical behavior of materials: engineering methods for deformation, fracture, and fatigue. 4. ed., internat. ed ed. Boston, Mass.: Pearson, 2013.
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Figura 2: Relação entre temperatura de serviço máxima e tensão para diversas classes de materiais
Fonte: UEMA, U. E. DO M. Relação entre estrutura e propriedades, [s.d.]. Disponível em: <http://www.academico.uema.br/download/a318.03prop.mecanicas.pdf>. Acesso em: 8 nov. 2020
A Figura 3 apresenta a relação entre densidade e tensão de fluência, muito útil em aplicações aeroespaciais. (UEMA, [s.d.])
[pic 3]
Figura 3: Relação entre densidade e tensão de fluência
Fonte: UEMA, U. E. DO M. Relação entre estrutura e propriedades, [s.d.]. Disponível em: <http://www.academico.uema.br/download/a318.03prop.mecanicas.pdf>. Acesso em: 8 nov. 2020
Ensaio de fluência
O ensaio consiste em aplicar uma força axial, de tensão ou compressão, constante em um corpo de prova que se encontra dentro de um forno elétrico com temperatura controlada. As medições de alongamento são feitas por um extensômetro de deslocamento. (FRANCESCHI; ANTONELLO, 2017) O esquema de funcionamento e um tipo de máquina usado em ensaios de fluência podem ser observados nas Figuras 4 e 5, respectivamente.
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Figura 4: Esquema de equipamento usado em ensaio de fluência
Fonte: FRANCESCHI, A.; ANTONELLO, M. G. Tecnologia Mecânica II. 1a ed. [s.l.] Rede e-Tec Brasil, 2017.
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Figura 5: Máquina de ensaio de fluência Kappa series fabricada pela empresa ZwickRoell GmbH & Co. KG
Fonte: DIRECT INDUSTRY. Metrologia e Ensaios, [s.d.]. Disponível em: <https://www.directindustry.com/pt/fabricante-industrial/maquina-ensaio-fluencia-161841.html>. Acesso em: 9 nov. 2020
A deformação causada pela fluência é medida em função do tempo, e o tempo de ruptura é registrado, se isso ocorrer durante o teste. Para um determinado material, os testes podem ser realizados em várias tensões e temperaturas, e a duração dos testes pode variar de menos de um minuto a vários anos. (DOWLING; SIVA PRASAD; NARAYANASAMY, 2013)
A partir do ensaio, obtém-se uma curva de tensão versus tempo. O comportamento do gráfico é dividido em três estágios, conforme mostra a Figura 6. Inicialmente, nota-se a presença de uma deformação instantânea. O estágio primário ou transiente é observado nas primeiras horas de ensaio, e possui velocidade de fluência alta. Contudo, no decorrer do ensaio a taxa de deformação diminui e se torna constante, como é possível notar no estágio secundário ou estacionário. Ao final desse estágio a taxa de deformação aumenta de forma instável com a aproximação da ruptura. No último estágio, chamado de terciário pode surgir vazios (poros) dentro do material ou pode haver um empescoçamento, o que ocasiona a ruptura do corpo de prova. (DOWLING; SIVA PRASAD; NARAYANASAMY, 2013; FRANCESCHI; ANTONELLO, 2017)
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