Ensaio de Fluência

Instituto de Engenharia Mecânica – IEM

Unifei

Resistência dos Materiais II

Relatório Fluência

Nome: Leonardo Moreira dos Santos                                                RA:         27642        

1. Introdução

Quando determinado material sofre deformações plásticas, submetidos por longos períodos a tensões constantes, porém inferiores ao seu limite de resistência normal, dizemos que esse sofre um processo denominado fluência.

A fluência é observada em todos os tipos de materiais, sendo relevantes para alguns apenas em temperaturas elevadas, como é o caso dos polímeros (em torno de 90% da temperatura absoluta de fusão) [1]. A deformação é medida e traçada em função do tempo decorrido até ocorrer a fratura e é normalmente dividida em três etapas: fluência primária, secundária e terciária. Na primeira é aplicada a carga e ocorre uma deformação elástica instantânea seguida de uma deformação plástica gradualmente menor até se tornar constante devido ao encruamento do material. Na segunda etapa a velocidade de deformação é aproximadamente constante, sendo a etapa mais longa. Na terceira o material deforma-se muito rapidamente até ocorrer ruptura, que se deve à diminuição da área da secção útil, que causa um aumento da tensão aplicada, pois a carga se mantém constante e ao processo de recuperação do encruamento do material [2].

Em relação aos fatores que atuam na fluência de metais, temos a tensão aplicada e a temperatura. Seja pelo aumento da tensão ou temperatura o seguinte será observado: a deformação instantânea no momento da aplicação da tensão aumenta; a taxa de fluência em regime estacionário é aumentada; o tempo de vida até a ruptura é diminuído [2]. Já os mecanismos para a explicação do processo de deformação envolvem transporte de massa, escalagem e deslizamento de discordâncias e o deslizamento de contorno de grão [2].

1. Fluência de Polímeros

A larga utilização dos materiais poliméricos deve-se principalmente ao seu baixo custo e às suas propriedades mecânicas, como a de fluência, que se torna diferente da apresentada pelos metais, o que se deve principalmente ao efeito de viscoelasticidade, que está associada à capacidade destes materiais armazenarem e dissiparem energia simultaneamente, durante uma solicitação mecânica [5].

A natureza da resposta dessas solicitações depende da estrutura química, temperatura, tempo de solicitação e das condições de processamento do polímero. E embora os movimentos moleculares sejam mais complexos que os atômicos, as forças de ligação sendo mais fracas permitem elevadas velocidades de fluência, possibilitando alongamentos de até 1000% [2]. Devido a essas particularidades com relação à fluência, os polímeros são empregados em diversos lugares tais como:

• Resinas de Polietileno empregadas na fabricação de tubos de água [6];
• Adesivos de Resina ureia-formol utilizados na fixação de componentes [7];
• Chapas de Acrilonitrila Butadieno Estireno (ABS) usadas na indústria automobilística [8].

1. Fluência em Metais

Os resultados presentes na Tabela 1 a seguir foram obtidos num ensaio de fluência de uma liga de Alumínio submetida à tensão de 2,75 MPa, à temperatura de 480ºC.

Tempo (min)	Extensão
0	0,01
2	0,22
4	0,34
6	0,41
8	0,48
10	0,55
12	0,62
14	0,68
16	0,75
18	0,82
20	0,88
22	0,95
24	1,03
26	1,12
28	1,22
30	1,36
32	1,53
34	1,77

Tabela 1 - Resultados do Ensaio de Fluência De Uma Liga De Alumínio.

1. Trace a curva de fluência.

Com auxílio do software nPlot traçamos a curva de fluência, mostrada na Figura 2, do ensaio para os dados oferecidos na Tabela 1.

[pic 1]

Figura 2 - Curva Deformação x Tempo para a Liga de Alumínio.

1. Determine a velocidade de fluência estacionária

O valor da velocidade estacionária é obtido a partir da inclinação da região de fluência secundária. Tomando pela figura 1 dois pontos melhores ajustados à curva traçada temos:

ɛ˙s = (0,88 – 0,55)/(20 – 10) = 0,033 min-1 = 1,98 h-1

Comparando o valor obtido dos dados fornecidos para a velocidade de fluência estacionária da liga de alumínio com o mesmo parâmetro apresentado para a liga Inconel 718 ensaiada em [4] temos:

• A liga Inconel 718 é submetida a dois ensaios em temperaturas de 650°C e 700°C, enquanto a liga de alumínio é submetida a 480°C, valendo lembrar que a Tf desse último é em torno de 660°C;
•  As cargas aplicadas à liga Inconel são da ordem de 625 MPa a 814 MPa nos dois ensaios, enquanto a carga aplicada a liga de alumínio é de 2,75 MPa;
• A velocidade de fluência estacionária para a liga de alumínio é extremamente maior que as obtidas nos ensaios da Inconel 718, mesmo sendo ensaiada a temperatura bem menor.

A partir do exposto, conclui-se que a liga Inconel 718 possui bem maior resistência à fluência que a liga de alumínio apresentada, sendo resistente a grandes esforços aplicados sob altas temperaturas sendo ideal para aplicação em peças para turbina a gás, processamento petroquímico e indústria aeroespacial e marinha. Já a liga de alumínio proposta, por apresentar uma vida útil curta a altas temperaturas e elevadas cargas aplicadas é melhor empregada em atividades com ambientes pouco agressivos que necessitam de materiais leves em sua estrutura, tais como na produção de componentes da indústria automobilística.

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