As trincas por fadiga s?o geralmente o resultado de deforma??es plásticas periódicas em áreas locais. A fadiga é definida como “falha sob carga repetida ou outros tipos de condi??es de carga, e este nível de carga n?o é suficiente para causar falha quando aplicado apenas uma vez”. Esta deforma??o plástica ocorre n?o por causa da tens?o teórica no componente ideal, mas porque a superfície do componente n?o pode ser realmente detectada.

August W?hler é o pioneiro da pesquisa em fadiga e apresenta um método empírico. Entre 1852 e 1870, W?hler estudou a falha progressiva de eixos ferroviários. Ele construiu o banco de ensaio mostrado na Figura 1. Este banco de ensaio permite que dois eixos ferroviários sejam girados e dobrados ao mesmo tempo. W?hler tra?ou a rela??o entre a tens?o nominal e o número de ciclos que levam à falha, que mais tarde é conhecido como diagrama SN. Cada curva ainda é chamada de linha aw ? hler. O método Sn ainda é o método mais utilizado atualmente. Um exemplo típico desta curva é mostrado na Figura 1.

Vários efeitos podem ser observados através da linha de w ? hler. Primeiro, notamos que a curva SN abaixo do ponto de transi??o (cerca de 1000 ciclos) é inválida porque a tens?o nominal aqui é elastoplástica. Mostraremos mais adiante que a fadiga é causada pela libera??o de energia plástica de deforma??o de cisalhamento. Portanto, n?o há rela??o linear entre tens?o e deforma??o antes da fratura e n?o pode ser usada. Entre o ponto de transi??o e o limite de fadiga (cerca de 107 ciclos), a análise baseada em Sn é válida. Acima do limite de fadiga, a inclina??o da curva diminui acentuadamente, de modo que essa regi?o é frequentemente chamada de regi?o de “vida infinita”. Mas este n?o é o caso. Por exemplo, a liga de alumínio n?o terá vida infinita, e mesmo o a?o n?o terá vida infinita sob carga de amplitude variável.

Com o surgimento da moderna tecnologia de amplifica??o, as pessoas podem estudar as rachaduras de fadiga com mais detalhes. Sabemos agora que o surgimento e propaga??o de trincas de fadiga podem ser divididos em duas etapas. No estágio inicial, a trinca se propaga em um angulo de cerca de 45 graus em rela??o à carga aplicada (ao longo da linha de tens?o de cisalhamento máxima). Após cruzar dois ou três contornos de gr?o, sua dire??o muda e se estende ao longo da dire??o de cerca de 90 graus em rela??o à carga aplicada. Esses dois estágios s?o chamados de rachadura de estágio I e rachadura de estágio II, conforme mostrado na Figura 2.

Se observarmos uma trinca estágio I em alta amplia??o, podemos ver que a tens?o alternada levará à forma??o de uma banda de deslizamento contínua ao longo do plano de cisalhamento máximo. Essas bandas deslizantes deslizam para frente e para trás, como um baralho de cartas, resultando em superfícies irregulares. A superfície c?ncava finalmente forma uma trinca “brotante”, como mostrado na Figura 3. Na fase I, a trinca se expandirá neste modo até atingir o contorno de gr?o e parará temporariamente. Quando energia suficiente é aplicada aos cristais adjacentes, o processo continuará.

Após cruzar dois ou três contornos de gr?o, a dire??o de propaga??o da trinca agora entra no modo fase II. Neste estágio, as propriedades físicas de propaga??o de trincas mudaram. A própria trinca constitui um macro obstáculo ao fluxo de tens?es, causando alta concentra??o de tens?es plásticas na ponta da trinca. Conforme mostrado na Figura 4. Deve-se notar que nem todas as trincas do estágio I ir?o evoluir para o estágio II.

Para entender o mecanismo de propaga??o do estágio II, precisamos considerar a situa??o da se??o transversal da ponta da trinca durante o ciclo de tens?es. Conforme mostrado na Figura 5. O ciclo de fadiga come?a quando a tens?o nominal está no ponto “a”. à medida que a intensidade da tens?o aumenta e passa pelo ponto “B”, notamos que a ponta da trinca se abre, resultando em deforma??o plástica por cisalhamento local, e a trinca se estende até o ponto “C” no metal original. Quando a tens?o de tra??o diminui através do ponto “d”, observamos que a ponta da trinca se fecha, mas a deforma??o plástica permanente deixa um único serrilhado, a chamada “l(fā)inha de corte”. Quando todo o ciclo termina no ponto “e”, observamos que a trinca agora aumentou o comprimento “Da” e formou linhas de se??o adicionais. Entende-se agora que a faixa de crescimento da trinca é proporcional à faixa de deforma??o elástica-plástica aplicada na ponta da trinca. Uma faixa de ciclo maior pode formar um Da maior.

Fatores que afetam a taxa de crescimento de trincas por fadiga

A influência dos seguintes parametros na taxa de crescimento de trincas por fadiga é estudada e explicada conceitualmente:

1 Tens?o de cisalhamento

A partir do diagrama, podemos ver que uma certa “quantidade” de tens?o de cisalhamento é liberada durante a mudan?a periódica da resistência da tens?o nominal. E quanto maior a gama de mudan?as de estresse, maior a energia liberada. Através da curva SN mostrada na Figura 1, podemos observar que a vida em fadiga diminui exponencialmente com o aumento da faixa do ciclo de tens?o.

2 estresse médio

A tens?o média (tens?o residual) também é um fator que afeta a taxa de falha por fadiga. Conceitualmente, se a tens?o de expans?o for aplicada à trinca fase II, a trinca será for?ada a abrir, ent?o qualquer ciclo de tens?o terá um efeito mais significativo. Pelo contrário, se a tens?o de compress?o média for aplicada, a trinca será for?ada a fechar, e qualquer ciclo de tens?o precisa superar a tens?o de pré-compress?o antes que a trinca possa continuar a se expandir. Conceitos semelhantes também se aplicam às trincas do estágio I.

3 acabamentos de superfície

Como as trincas de fadiga geralmente aparecem primeiro na superfície dos componentes onde há defeitos, a qualidade da superfície afetará seriamente a probabilidade de ocorrência de trincas. Embora a maioria das amostras de teste de material tenha acabamento espelhado, elas também alcan?ar?o a melhor vida à fadiga. De fato, a maioria dos componentes n?o pode ser comparada com as amostras, ent?o precisamos modificar as propriedades de fadiga. O acabamento superficial tem um efeito maior na fadiga de componentes submetidos a ciclos de tens?o de baixa amplitude.

4 tratamento de superfície

O tratamento de superfície pode ser usado para aumentar a resistência à fadiga dos componentes. O objetivo do tratamento de superfície é formar tens?es de compress?o residuais na superfície. Sob o período de baixa amplitude, a tens?o na superfície é obviamente baixa e até mantém o estado de compress?o. Portanto, a vida de fadiga pode ser significativamente prolongada. No entanto, como apontamos, esta situa??o só é válida para componentes sujeitos a ciclos de tens?o de baixa amplitude. Se for aplicado um período de alta amplitude, a pré-compress?o será superada pelo período de alta amplitude e suas vantagens ser?o perdidas. Tal como acontece com a qualidade da superfície, o impacto do tratamento de superfície pode ser demonstrado por modelagem.