Fadiga Térmica e Fadiga Mecânica em Fundidos

Quem trabalha com peças fundidas para tratamento térmico em processos industriais sabe que um dos possíveis inconvenientes com que precisam lidar é a fadiga, responsável por trincas e deformidades no ferramental.

Primeiramente, é preciso entender o que é a fadiga mecânica. Trata-se de um dano progressivo e localizado que ocorre quando o material é submetido a um carregamento cíclico, até mesmo quando são aplicadas tensões abaixo do limite de escoamento. Em processos de forjamento, este tipo de falha é mais comum na última etapa, em que as matrizes são preenchidas mais rapidamente para que o produto satisfaça aos requisitos dimensionais e de tolerância. As regiões de alta tensão na ferramenta podem produzir trincas após apenas alguns ciclos de forjamento, especialmente onde as deformações são mais severas.

Fadiga térmica, por sua vez, é um processo de aplicação repetitiva de ciclos térmicos, sem a aplicação de cargas mecânicas, no qual a imposição de gradientes de temperatura gera tensões e deformações. Primeiro, aparecem trincas na superfície do material, que aumentam com a aplicação de mais ciclos térmicos, podendo levar à sua ruptura.

Os problemas de fadiga térmica envolvem tanto os carregamentos mecânicos quanto os carregamentos induzidos pela temperatura e são de difícil predição. Apesar de a resistência do metal à fadiga térmica ser uma característica importante para o aumento da vida útil de peças em diversas aplicações na engenharia, não pode ser facilmente determinada em laboratório, pois o comportamento em serviço é influenciado por muitos fatores.

Um estudo realizado por Manson e Halford, em 1981, no qual foram feitos ensaios de fadiga de baixo ciclo envolvendo deformação mecânica cíclica, foi constatado que, para uma mesma faixa de deformação plástica, a fadiga térmica pode ocorrer de forma mais rápida e danosa do que a fadiga mecânica. Apesar de resultados obtidos de ensaios em Inconel indicarem uma boa correlação entre ensaios mecânicos e ensaios térmicos, é necessário cuidado na predição do comportamento térmico da fadiga de baixo-ciclo.

Um método importante para simular o comportamento das tensões-deformações cíclicas e processos de dano de componentes em serviço é o ensaio de fadiga termomecânica, que se utiliza de tensões térmicas e mecânicas simultaneamente. Alguns estudos demonstraram que a vida da fadiga termomecânica de um componente real é muito mais curta do que aquela da fadiga isotérmica na temperatura máxima e na amplitude de tensão correspondente, confirmando uma discrepância entre ensaios e a realidade.

Há, ainda, inúmeros outros estudos acerca da fadiga dos metais, mas nenhuma fórmula realmente capaz de predizer a resistência real da peça fundida e o início da fadiga. Alguns autores até sugerem que o tempo de vida útil do material ou resistência à fadiga térmica é função do número de ciclos térmicos necessários para a ocorrência da primeira trinca visível. Na prática, no entanto, o início real da fadiga e suas consequências é de difícil identificação.

Na Machroterm, temos vasta experiência com o comportamento de metais e ligas especiais em diferentes aplicações e levamos em consideração não apenas o esforço mecânico, mas também a fadiga térmica, desde o projeto das peças. Temos orgulho em dizer que estamos em constante desenvolvimento para solucionar esse tipo de problema e sempre antenados às descobertas mais recentes neste campo de estudo.

Fontes: Scielo e Revista Ferramental

Estudo Avaliação Experimental dos Efeitos da Fadiga Térmica nas Propriedades Mecânicas de um Aço Inoxidavel Austenítico, do autor Álvaro Alvarenga Júnior.