O Ensaio de Fluência

Introdução

Fluência é a deformação permanente que ocorre em um material em função do tempo, quando o mesmo está sujeito a cargas (ou tensões) constantes ou quase constantes em temperaturas elevadas. Ocorre em todos os materiais, e nos metais torna-se crítica para valores de T > 0,4 Tf (K), ou seja, 40% da sua temperatura de fusão, que aceleram a taxa de deformação.

Não é um ensaio de rotina, devido ao longo tempo para a sua realização; pode durar até pouco mais de um ano

Embora de grande importância, normalmente seu uso se restringe a atividades de pesquisa e desenvolvimento de novos materiais ou ligas metálicas e para a determinação de condições seguras de uso de diversos produtos.

Os principais materiais ensaiados são os empregados em turbinas, refinarias petroquímicas e usinas nucleares.

Equipamento

O equipamento para a realização deste ensaio permite aplicar uma carga ou tensão de tração constante ao CP em altas temperaturas. De um modo geral, as máquinas utilizam pesos para a aplicação de carga.

Normalmente CP frágeis são submetidos à compressão, que não desenvolvem amplificação de tensões e propagação de trincas como em tração.

Corpo de prova

Os CP se assemelham aos utilizados em ensaios de tração e podem ter seção reta ou circular.

Antes do ensaio o CP deve ser aquecido por um tempo suficiente para a homogeneização da temperatura, o que pode ser realizado por indução, radiação ou resistência elétrica

A temperatura deve ser medida por meio de pirômetros ligados ao corpo de prova ou por termopares.

Comportamento em fluência

Este ensaio consiste em avaliar a deformação que ocorre durante o ensaio a uma dada temperatura; tanto a carga como a temperatura são mantidas constantes.

O resultado é uma curva de deformação com o tempo.

II. Comportamento em Fluência

Um ensaio típico de fluência consiste em submeter um corpo-de-prova a uma carga ou tensão constante sob uma temperatura constante medindo-se a deformação como função do tempo decorrido. As maiores partes dos ensaios são do tipo carga constante os quais fornecem resultados de engenharia. Ensaios com tensão constante são empregados para propiciar um melhor entendimento dos mecanismos de fluência.

A figura abaixo mostra o aspecto típico do comportamento de metais sob carregamento constante. Sob à aplicação de uma carga há uma deformação instantânea a qual é elástica em quase sua totalidade. A curva de fluência resultante consiste de 3 regiões, cada uma das quais apresentando uma característica deformação X tempo distinta.

Estágios

Esta curva pode ser dividida em 3 estágios:

- Estágio primário

Também chamado de fluência primária, caracteriza-se por um decréscimo da taxa de fluência, E, devido ao encruamento.

A deformação instantânea total, E, deve-se ao carregamento inicial no CP e é formada pela deformação elástica, Ee, e plástica, Ep.

E = Ee +Ep

- Estágio secundário

A taxa de fluência é constante e a curva tem um aspecto linear, devido a 2 processos competitivos, encruamento e recuperação; o valor médio no estágio secundário é chamado de taxa mínima de fluência ou taxa de fluência em regime estacionário, Em.

A recuperação é realizada por meio de escalagem (cross-slip).

Avaliação da fluência

Para avaliar a fluência, utilizam-se três tipos de ensaios:

- Ensaio de fluência;

- Ensaio de ruptura por fluência;

- Ensaio de relaxação

Ensaio de fluência propriamente dito

Consiste em aplicar uma determinada carga em um corpo de prova, a uma dada temperatura, e avaliar a deformação que ocorre durante a realização do ensaio. Ocorre deformação, mas a velocidade de fluência decresce com o tempo pela dificuldade na deformação

A duração do ensaio é muito variável:

• Em geral, o tempo é superior a 1.000 horas.

• O normal é o tempo de ensaio ter a mesma duração esperada para a vida útil do produto.

• Extrapolação: o ensaio é realizado durante um tempo mais curto.

Na região de encruamento a velocidade de fluência é rápida e ocorre nas primeiras horas. A velocidade de deformação é decrescente, aumentando a resistência ao encruamento.

Região de taxa de deformação constante: A taxa de fluência é constante (linear). Estágio de duração mais longa. Equilíbrio entre os processos de encruamento e recuperação.

Região de ruptura: Aceleração da taxa de fluência, estricção seguido de ruptura.

Ensaio de ruptura por fluência

É semelhante ao anterior, porém neste caso os corpos de prova são sempre levados até a ruptura.

Os resultados obtidos no ensaio são:

• Tempo para a ruptura do corpo de prova.

• Medida da deformação.]

• Medida da estricção (em certos casos).

• Tempo de duração aproximadamente 1000 horas.

Ensaio de relaxação

Fornece informações sobre a redução da tensão aplicada ao corpo de prova quando a deformação em função do tempo é constante a determinada temperatura.

A duração do ensaio é muito variável:

• 1000