Fluência Fluência é a deformação permanente que ocorre em um material em função do tempo, quando o mesmo está sujeito a cargas (ou tensões) constantes em temperaturas elevadas (T > 0,4T M ). # carga (ou tensão) constante # temperatura constante # deformação plotada em função do tempo (geralmente 1000h=42 dias ou vida útil esperada do material)
Estágios da fluência 1. Deformação instantânea, principalmente elástica 2. Fluência primária: ocorre alongamento, mas a velocidade de fluência decresce com o tempo endurecimento por deformação 3. Fluência secundária: taxa de deformação é constante endurecimento + recuperação 4. Fluência terciária: grande taxa de deformação até a fratura devido formação de trincas, separação de contorno de grão, pescoço, etc. Geralmente o teste de fluência é interrompido antes de chegar no estágio III.
Estágios da fluência 1. Deformação instantânea, principalmente elástica 2. Fluência primária: ocorre alongamento, mas a velocidade de fluência decresce com o tempo endurecimento por deformação 3. Fluência secundária: taxa de deformação é constante endurecimento + recuperação 4. Fluência terciária: grande taxa de deformação até a fratura devido formação de trincas, separação de contorno de grão, pescoço, etc. Geralmente o teste de fluência é interrompido antes de chegar no estágio III.
Parâmetros da fluência O estágio secundário da fluência é o mais longo e importante. A taxa de fluência no estado estacionário para aplicações em vida longa é: A inclinação da curva = velocidade de fluência Outro parâmetro importante na situação de fluência em vida curta é o tempo de ruptura t f.
Efeitos da tensão e temperatura Com o aumento da tensão ou temperatura: A deformação instantânea aumenta A taxa de fluência no estado estacionário aumenta O tempo de ruptura decresce
Efeitos da tensão e temperatura
Efeitos da tensão e temperatura
Efeitos da tensão e temperatura Ni5.5Al8.5Cr0.7Mo3Ta1Ti10W (wt.%) 1000 ºC sob ar ε/t logε/t
Efeitos da tensão e temperatura A dependência da tensão/temperatura na taxa de fluência no estado estacionário pode ser descrito por: n & εs = K. σ.exp 2 Qc RT K 2 n Q c R T constante inclinação da curva energia de ativação para fluência constante universal dos gases temperatura absoluta
Critérios para tempo de vida em fluência * para temperaturas e/ou tensões elevadas: t r => tempo de ruptura por fluência. Ni-C * para componentes com vida mais longa: &ε S => taxa de fluência no estágio estacionário. Ni-C
Mecanismos de fluência Diferentes mecanismos são responsáveis pela fluência em diferentes materiais e sob diferentes cargas e condições de temperaturas: Movimento das discordâncias Escalagem das discordâncias Deslizamento no contorno de grão Formação de subgrãos devido a ascensão de discordâncias Difusão por contorno de grão Difusão de lacunas Difusão Deslizamento e escalagem de discordâncias
Exemplo: Os aços austeníticos possuem maior energia de difusão de lacunas que os aços ferriticos, sendo portanto um dos fatores que os torna mais resistentes a fluência que os aços ferriticos. Um refino de grão pode ser prejudicial a resistência a fluência, o inverso observado para a resistência a temperatura ambiente.
Mecanismos de fluência σ 0 G 20 Tensão de cisalhamento teórica
Mecanismos de fluência
Mecanismo de deslizamento de discordâncias S σ & ε & S = ε exp 0. ba kt S=Gb/l k T a b tensão de escoamento no zero absoluto constante de Boltzman temperatura absoluta área de ativação vetor de Burger Mecanismos envolvendo difusão
Mecanismo por escalagem de discordâncias &ε S = KD V Gb kt σ G n Mecanismo de transporte de matéria por difusão & SC, ε Coble = K C δd BσΩ 3 d kt & S, NH ε Nabarro-Herring = K NH DVσΩ 2 d kt K índice D V D B G b δ Ω d k T constantes coeficiente de difusão no volume dos grãos coeficiente de difusão nos contornos de grão módulo de cisalhamento vetor de Burger espessura do contorno de grão volume atômico tamanho de grão constante de Boltzman temperatura absoluta
Extrapolação de dados * Parâmetro de Larson-Miller (LMP) LMP = T( C + log t r ) e LMP = K log σ + K 1 2 C, K 1, K 2 constantes (C ~ 20) T temperatura absoluta t r σ tempo de ruptura por fluência tensão aplicada
LMP = K log σ + K 1 2 LMP = T( C + log t r )
Extrapolação de dados
Aplicações de ligas em altas temperaturas (Turbina-jatos, aviões hipersônicos, reatores nucleares, etc) A fluência é geralmente minimizada em materiais com: Alto ponto de fusão Alto módulo elástico Grande tamanho de grãos (inibe o deslizamento pelos contornos de grãos - solidificação unidirecional, pecas monocristalinas) Os materiais resistentes a fluência são: Aços inoxidáveis Metais refratários (contendo elementos de alto ponto de fusão como Nb, Mo, W, Ta) Superligas (a base de Co, Ni geram endurecimento por solução sólida e fase secundária, que diminui difusividade e mobilidade das discordâncias)
Técnicas de ensaio de fluência Temperatura de ensaio:
Técnicas de ensaio de fluência Corpo de prova: seção circular ou retangular (semelhante ao CP s do ensaio de tração) Aquecimento do corpo de prova: Uniforme até atingir a temperatura de ensaio. Pode ser feito por resistência elétrica, radiação ou indução. Extensômetros: Apenas os braços de fixação devem ficar dentro da região aquecida.