Os Tipos de Fluência

Tipos de Fluência

A fluência pode se manifestar em diversos tipos, dentre os quais se destacam o fluxo viscoso, fluxo de difusão de deslocamento e ainda por múltiplos mecanismos.

O fluxo viscoso é o mecanismo dominante em materiais amorfos. Com a viscosidade newtoniana, a taxa de deformação é proporcional à tensão.

Em materiais policristalinos, o deslizamento dos limites do grão é de natureza viscosa. A velocidade desse deslizamento é proporcional à tensão e inversamente proporcional à viscosidade. A taxa de deformação depende da quantidade de área dos limites do grão por volume e é, portanto, inversamente proporcional ao tamanho dele. Esse fluxo viscoso é ativado termicamente para que ocorra este tipo de fluência.

Se o deslizamento do contorno do grão fosse o único mecanismo ativo, haveria um acúmulo de material em uma extremidade de cada fronteira do grão em que o deslizamento ocorreu e um déficit na outra extremidade. Esta incompatibilidade deve ser aliviada por outro mecanismo de deformação, envolvendo movimento de deslocamento, difusão ou migração de material da fronteira do grão.

Fluência controlada por difusão: A tensão de tração aumenta a separação de átomos nos contornos dos grãos que são normais ao eixo de tensão e a contração de Poisson diminui a separação de átomos nos contornos dos grãos que são paralelos ao eixo de tensão

O resultado é uma força que gera o transporte difusivo de átomos a partir de limites de grãos paralelos à tensão de tração para limites normais à tensão de tração. Tal difusão produz um alongamento plástico característico. A amostra alonga-se à medida que os átomos são adicionados aos limites dos grãos perpendiculares à tensão. Se a fluência ocorre por difusão através da rede, é chamada de fluência de Nabarro-Herring. O fluxo difusivo entre os limites paralelos e perpendiculares ao eixo de tensão é proporcional à tensão e à difusividade da rede, e é inversamente proporcional à distância de difusão entre a fonte de difusão e Pia. Portanto J = CDLσ / (d / 2), onde C é uma constante. A velocidade, v, na qual a fonte de difusão e o coletor se afastam é proporcional ao fluxo difusivo, então v = CDLσ / (d / 2). Como a taxa de deformação é igual a v / (d / 2),

Onde AL é uma contante.

A razão entre a difusão da rede e a difusão do limite de grão aumenta com a temperatura porque a energia de ativação para a difusão do limite de grão é sempre menor do que a para a difusão da rede. Portanto, a fluência de Coble é mais importante a baixas temperaturas e a de Nabarro-Herring em altas temperaturas.

Deslocamento: é outro mecanismo de fluência. A taxa de fluência, neste caso, é controlada pela velocidade com que os deslocamentos podem superar obstáculos que obstruem o seu movimento. Em altas temperaturas, o mecanismo predominante para vencer esta resistência é o aumento do deslocamento. Como aumento, a taxa de fluência não depende do tamanho do grão, mas depende tem forte dependência da tensão,

ε ̇ = Asσ^m

O valor de m é de aproximadamente 5 para a fluência controlada. Como o crescimento depende da difusão, a constante As depende tanto da temperatura quanto da difusão da rede.

Em temperaturas mais baixas, o crescimento da fluência não é totalmente controlado e os expoentes mais elevados são observados.

Múltiplos mecanismos: Mais de um mecanismo de fluência pode estar operando. Existem duas possibilidades: ou os mecanismos operam independentemente, ou atuam cooperativamente. Se eles operam independentemente a taxa de fluência global ̇ε é a soma das taxas devidas aos dois mecanismos,

ε ̇ = ε ̇A + ε ̇B +···

O resultado é como dois mecanismos agindo em série. A taxa de deformação global depende primariamente do mecanismo mais rápido neste caso.

Por outro lado, podem ser necessários dois mecanismos para operar simultaneamente, como no caso do deslizamento do limite de grão que requer um outro mecanismo. Onde dois mecanismos paralelos são necessários, ambos devem operar na mesma taxa,

ε ̇ = ε ̇A = ε ̇B.

Neste caso a taxa global é determinada pelo mecanismo potencialmente mais lento.

Dependência da Temperatura

A fluência pode ser considerada como um processo em que sua taxa depende de ativação térmica. A abordagem simples tomada por Sherby e Dorn foi assumir que para qualquer mecanismo

ε ̇ = f (σ)exp(−Q/RT ),

De modo que a dependência de tensão é incorporada no termo pré-exponencial. Isto é equivalente à abordagem Zener-Hollomon. O valor de Q variará dependendo se a fluência é controlada por difusão de rede ou por difusão na fronteira do grão.

Às vezes, a dependência da temperatura nas taxas de fluência é expressa em termos de um termo pré exponencial que é inversamente proporcional à temperatura; por exemplo,

ε ̇ = (A/T )exp(−Q/RT )[ f (σ, d )].

No entanto, o T no termo pré exponencial não tem um grande efeito sobre a dependência da temperatura.

Ruptura X Fluência

O termo ruptura é usado na literatura de fluência para significar fratura. A fluência pode causar a falha em serviço de componentes por deformação excessiva, de tal maneira em que não sejam mais satisfatórios. No entanto, após longos períodos sob carga a alta temperatura, é mais comum que as peças falhem por ruptura do que por deformação excessiva. À medida que as temperaturas de serviço e o nível de tensão são reduzidos para se obter taxas mais baixas de fluência, a ruptura ocorre normalmente em deformações menores. Um componente bem-sucedido estar em serviço de alta temperatura deve estar assegurado contra a deformação excessiva de fluência e fratura (fluência-ruptura).

Larson-Miller

Para garantir que não ocorram rupturas nem tensões excessivas de fluência, os resultados de ensaios de tempo mais curtos a temperaturas mais altas e / ou tensões mais elevadas devem ser extrapolados para as condições de serviço. Vários esquemas têm sido propostos para tal extrapolação. Um desses esquemas é o de Larson-Miller.

Um parâmetro de extrapolação diferente foi proposto por Larson e Miller,

PLM = T (log10tr + C).

Como originalmente formulado este parâmetro, a temperatura T foi expressa como T + 460, onde T é em graus Fahrenheit e o tempo de ruptura tr está em horas. Eles encontraram concordância para a maioria das ligas de alta temperatura com valores de C de cerca de 20. No entanto, o parâmetro pode ser expresso com a temperatura em kelvin, mantendo tr em hrs.