segunda-feira, 18 de fevereiro de 2008

Material fadigado?

Algumas pessoas confundem o mecanismo de fadiga com cansaço ou exaustão, e repetem frequentemente que tal o qual peça rompeu por que o material estava fadigado.
Fadiga é um mecanismo de degradação que se manifesta na forma de trincas e por conseqüência fraturas de peças e equipamentos.


A fadiga ocorre em elementos mecânicos que trabalham sob tensões cíclicas tais como eixos, molas, engrenagens, ventiladores e outros em que o carregamento é repetitivo.

Os elementos que operam sob tensões constantes ou com variações pouco freqüentes tais como a maioria dos tanques, vasos de pressão e tubulações usualmente não sofrem fadiga.

Quando uma peça rompe por fadiga é por que a quantidade de ciclos de tensão superou seu limite de resistência, não porque o material estava "cansado".

Vejamos o fenômeno na curva de fadiga típica de aços e materiais não ferrosos que pode ser explicado por duas condições que levam ao aparecimento de trincas de fadiga:

Figura extraída de Fatigue and Fracture Volume 19 of ASM Handbook.


1.- A tensão cíclica é muito alta e conduz à ruptura depois de um numero pequeno de ciclos, ou

2.- A quantidade de ciclos é muito elevada para a tensão atuante.

Ainda no esforço para desfazer o equivoco sobre material "fadigado" podemos afirmar que as propriedades do material de uma peça rompida por fadiga permanecem inalteradas. Ou seja, eliminada a região com trincas se for viável o reparo, a peça pode continuar operando.
As condições que levam ao aparecimento de trincas por fadiga geralmente não são as normais de operação. O projeto de maquinas rotativas (bombas, engrenagens, ventiladores, etc.) leva em consideração o fenômeno de fadiga e dimensiona seus elementos para que resistam indefinidamente, ou seja, por debaixo da tensão onde a vida é infinita.
Então, se o material esta rompendo por fadiga não é por que está exausto. E sim porque houve um aumento inesperado da tensão projetada. E isto ocorre normalmente por desvios na operação. Veja o exemplo abaixo:

Vibração excessiva (ressonância): ventilador desbalanceado

Figura extraída de relatório da Tresca Engenharia.





Existem algumas variações de fadiga:

Fadiga térmica: molde de xícara de vidro rompido depois de muitos ciclos de aquecimento.

Corrosão-fadiga: parede de tubo em contato com ambiente corrosivo rompido depois de repetidos ciclos de pressurização.

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