ENSAIO DE FADIGA EM-641

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1 ENSAIO DE FADIGA 1

2 Ensaio de Fadiga DEFINIÇÃO: Aplicação de carga cíclica em um CP; Extremamente empregado na indústria automobilística e aeronáutica Mais empregado é o de flexão rotativa Fornece dados quantitativos de resistência e analisa a formação de trincas; Sofre influência: T,ambiente, microestrutura, propriedades do material; MÁQUINA DE ENSAIO: Durante o ensaio registra-se Carga (P) em função de número de ciclos (N f ) Corpo-de-prova Contador de Rotações Motor Carga 2

3 Flexão Rotativa com controle de temperatura 3

4 Ensaio de Fadiga em Molas 4

5 TIPOS DE TENSÕES: máx Tração pico máx = M = 0 mín máx M Tração a máx M 0 mín a r mín r Período de 1 ciclo Tempo Compressão Período de 1 ciclo Tempo mín vale Compressão B) Tensão flutuante A) Tensão alternada (ideal) Tração Tempo Compressão C) Tensão irregular aleatória (Vibrações Complexas) 5

6 Fadiga em Fuselagem: após ciclos de decolagem/pouso: pressurização/despressurização 6

7 Trinca por Fadiga iniciada na parte superior frontal da fuselagem 7

8 Tensão Média ( M ): M = máx + 2 mín Amplitude de Oscilação ( a ): a = r 2 Motor = máx 2 Caixa de Redução mín Pinhão Engrenagem Intervalo de Tensões ( R ): r = máx mín Razão de variação de tensões (R f ): R f = mín máx E ixo 1 (Livre) Tambor Eixo 2 (Engastado) Motor Engrenagem e Caixa de Pinhão Redução Eixo 1 Tambor Eixo 2 Cabo Nível hn Carga n.... Carga 2 Nível h2 Exemplo de tipos de tensões Basculante Cabo h n. h h 2 1 h 0 Basculante Carga 1 Nível h1 8

9 Eixo 1: tensão alternada Engrenagem/pinhão Dente da Engrenagem Dente do Pinhão P Plano de Tangência (Contato) R A P R Eixo (1) fletido devido à carga R Pinhão Pinhão Ponto 1 Tração Eixo 1 (Fletido) Ponto 1 Ponto 2 t Compressão Rotação Ponto 2 Ponto 2 Tração t + t tração Ponto 1 Compressão t t + t tempo Tensão no ponto 1 Tensão no ponto 2 compressão 9

10 Eixo 2: tensão flutuante Sistema de elevação Tensão máx Tensão no nível hn com carga máxima mín Desligado Período de 1 ciclo Tempo Período de Subida Período de Descida Eixo 1: tensão pulsada Ligação motor τ MAX Tensão de Cisalhamento Período Desligado Período Ligado Período de Funcionamento (Regime permanente) Tempo Transiente após Ligado Transiente após Desligado 10

11 RESULTADOS DO ENSAIO: Curva x N ou Curva de Wohler [MPa] [MPa] Rf Curva típica para: Aço-C Ligas de Ti Ligas de Mo Ferrosos em geral f 1 f 2 Curva típica para: Alumínio Cobre Não Ferrosos em geral Não ocorre ruptura por Fadiga f (A) 1E+1 1E+2 1E+3 1E+4 1E+5 1E+6 1E+7 1E+8 1E+1 1E+2 1E+3 1E+4 1E+5 1E+6 1E+7 1E+8 Número de Ciclos, N (B) N f 1 N f 2 Número de Ciclos, N Limite de resistência à fadiga ( Rf ) = patamar horizontal Resistência à fadiga ( f ) = tensão na qual rompe para um n o ciclos Vida à fadiga (N f ) = n o de ciclos que causará ruptura para uma tensão 11

12 Tensão Aplicada [MPa] Vida em Fadiga para 600 MPa de tensão = 10 ciclos Aço ferramenta Limite de Resistência em Fadiga = 400 MPa 200 Liga de alumínio Resistência à Fadiga 7 para 10 ciclos = 150 MPa MPa E+4 1E+5 1E+6 1E+7 1E+8 1E+9 Número de Ciclos, N 12

13 Tipos: Fadiga em Baixo Ciclo menor que 10 4 ciclos altas tensões deformação plástica Fadiga em Alto Ciclo maior que 10 4 ciclos baixas tensões comportamento elástico Resultados: Técnicas estatísticas: requer grande n o CP trabalha com curvas de probabilidade varia-se a tensão de um valor máximo até não mais ocorrer fratura 13

14 Tensões limites: construção de gráficos máxima e mínima regressão e técnicas matemáticas Método escada: 25 CPs e consiste em perseguir por tentativa o n o de ciclos onde ocorre fratura ensaia 1 CP a uma tensão próximo a estimada para f se romper < 10 7 ciclos, diminui a tensão continua até que CP não rompa para N = 10 7 ciclos após, eleva-se a tensão até atingir uma tensão que rompa Reverte o procedimento para todos os CPs Resistência Média à Fadiga Fm = Fmin A +. N Desvio Padrão N.B A δ = 1, , N 14 2

15 Resultados Obtidos no Método Escada: Tensão [MPa] Corpos com ruptura, i Corpos sem i.n i i 2.n i ruptura, n i Total N = 8 A = 15 B = Dados para o Método Escada da determinação da tensão de fadiga 7 para 10 ciclos Fm 15 = , = 323,8 MPa Tensão [MPa] , ,62.10,0. δ = ,029 = 34,6 MPa Ruptura Sem Ruptura = ( 323,8 34,6)MPa F ± Número do Corpo de Prova 15

16 Fratura de Fadiga: - Nucleação - Propagação - Falha catastrófica Nucleação de trincas internas ou externas : Inclusão Superfície Trinca Poro Entalhe ou trinca de superfície Superfície Planos em Deslizamento Defeitos Internos Defeitos Superficiais Deslizamento de Planos Superfícies com Imperfeições Pontos de concentração de tensões Defeitos superficiais 16

17 Superfície Isenta de Defeitos Bandas de deslizamentos Defeitos internos 17

18 Propagação cíclica da trinca: (A) Trinca inicial ou entalhe Planos de deslizamento 45 o 45 o C B Tensão, E (B) Deslizamento de plano A 45 o Plano de deslizamento A (E) D D F Tempo A B (C) Abertura ampla de trinca 45 o 45 o (F) D E B C (D) Arredondamento plástico da ponta da trinca (G) E F a a C a - Comprimento da trinca - Avanço da trinca a F a a 18

19 Aspectos da superfície: microscópico = estrias macroscópico = marcas de praia Liga aço-ni-cr Cobre deformado a frio 19

20 Falha Catastrófica: 20

21 Fatores de Influência na Resistência à Fadiga Tensão Média: máx a mín máx R = M1 M2 M3 M4 M = máx + mín 2 R = + 0,3 R = 0 R = - 0,3 R = - 1,0 (A) 1E+1 1E+2 1E+3 1E+4 1E+5 1E+6 1E+7 1E+8 Número de Ciclos, N Efeitos Superficiais e Fatores de Projetos: Imperfeição mais crítica (B) < M2 M3 M4 M1 < < 1E+1 1E+2 1E+3 1E+4 1E+5 1E+6 1E+7 1E+8 Número de Ciclos, N (A) Projeto com ângulo reto (B) Projeto com eliminação de ângulos retos (A) (B) (C) 21

22 Fatores de Influência na Resistência à Fadiga Diagrama de Goodman: 22

23 Tratamentos Superficiais: Tratamentos Térmicos têmpera, normalização Tração Tratamentos Termoquímicos cementação, nitretação Tratamentos Mecânicos deformação à frio, jateamento, etc M F Compressão (A) Flexão de barra sem tensão residual M F Residual Fadiga Térmica: = E α( T o T ) = E α T a F. k = E. α Residual (B) Tensão residual na superfície após tratamento superfícial Tração + Residual a boa resistência à fadiga Fadiga à Corrosão: pontos superficiais : pits M F Compressão Residual + (C) Flexão de barra com tensão residual M F 23

24 Automatic multi-nozzle peening of compressor blade assembly 24

25 PROCEDIMENTO DE ENSAIO: R L D R R W» Norma técnica ASTM E 1150, 466 e 468» Fixação do c.p.»pode ser no próprio componente»confecção dos CPs R L W R t R W t»superfície isenta de defeitos (espelhadas)»área de teste maior que 3D»Direção de laminação (A) (B)»Dados de relatório: identificação CP direção de laminação aspecto da fratura método de análise dos resultados 25

26 Exercício 39 26