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Fadiga Térmica e Fadiga Mecânica em Fundidos

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Fadiga Térmica e Fadiga Mecânica em Fundidos

28/09/2021

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.

Trincas detectadas por teste de líquido penetrante de uma bucha centrifugada com fadiga térmica. Fonte: Machroterm.

Trincas detectadas por teste de líquido penetrante de uma bucha centrifugada com fadiga térmica. Fonte: Machroterm.