O que é Limite de Fadiga – Resistência à Fadiga – Definição

A American Society for Testing and Materials define a vida em fadiga, N_f, como o número de ciclos de tensão de um caráter especificado que um corpo de prova sustenta antes que ocorra uma falha de uma natureza especificada. A vida em fadiga é afetada por tensões cíclicas, tensões residuais, propriedades do material, defeitos internos, tamanho do grão, temperatura, geometria do projeto, qualidade da superfície, oxidação, corrosão, etc. Para alguns materiais, principalmente aço e titânio, existe um valor teórico para a tensão amplitude abaixo da qual o material não falhará por qualquer número de ciclos, chamado de limite de fadiga, limite de resistência ou resistência à fadiga.

Os engenheiros usam vários métodos para determinar a vida à fadiga de um material. Um dos mais úteis é o método tensão-vida, comumente caracterizado por uma curva SN, também conhecida como curva de Wöhler. Este método é ilustrado na figura Ele plota a tensão aplicada (S) contra a vida útil do componente ou o número de ciclos até a falha (N). À medida que a tensão diminui de algum valor alto, a vida útil do componente aumenta lentamente no início e depois rapidamente. Como a fadiga, como a fratura frágil, tem uma natureza tão variável, os dados usados ​​para plotar a curva serão tratados estatisticamente. A dispersão nos resultados é consequência da sensibilidade à fadiga a uma série de parâmetros de teste e material que são impossíveis de controlar com precisão.

Os seguintes termos são definidos para a curva SN:

• Limite de Fadiga. O limite de fadiga (às vezes também chamado de limite de resistência) é o nível de tensão abaixo do qual a falha por fadiga não ocorre. Este limite existe apenas para algumas ligas ferrosas (à base de ferro) e de titânio, para as quais a curva S-N se torna horizontal em valores de N mais altos. Outros metais estruturais, como alumínio e cobre, não têm um limite distinto e eventualmente falharão mesmo com pequenas amplitudes de tensão. Os valores típicos do limite para aços são 1/2 do limite de resistência à tração, até um máximo de 290 MPa (42 ksi).
• Força de fadiga. A ASTM define a resistência à fadiga, S_Nf, como o valor da tensão na qual a falha ocorre após um número especificado de ciclos (por exemplo, 10⁷ ciclos). A 10⁷ ciclos e o fator de concentração de tensão = 3,3.
• Fadiga Vida. A vida em fadiga caracteriza o comportamento de fadiga de um material. É o número de ciclos para causar falha em um nível de tensão especificado, conforme obtido do gráfico S-N

O processo de falha por fadiga é caracterizado por três etapas distintas:

• Iniciação de trinca, na qual uma pequena trinca se forma em algum ponto de alta concentração de tensão.
• Propagação da trinca, durante a qual essa trinca avança incrementalmente a cada ciclo de tensão. A maior parte da vida à fadiga é geralmente consumida na fase de crescimento da trinca.
• Falha final, que ocorre muito rapidamente quando a trinca em avanço atinge um tamanho crítico.

As trincas associadas à falha por fadiga quase sempre iniciam (ou nucleam) na superfície de um componente em algum ponto de concentração de tensão. Qualquer coisa que leve à concentração de tensões e ao desenvolvimento de trincas reduzirá a vida útil à fadiga. Portanto, aumentar o grau de acabamento da superfície, o polimento em comparação com a retificação, melhora a vida à fadiga. Aumentar a resistência e a dureza das camadas superficiais dos componentes metálicos também melhorará a resistência à fadiga.

Ciência de materiais:

1. Departamento de Energia dos EUA, Ciência de Materiais. DOE Fundamentals Handbook, Volume 1 e 2. Janeiro de 1993.
2. Departamento de Energia dos EUA, Ciência de Materiais. DOE Fundamentals Handbook, Volume 2 e 2. Janeiro de 1993.
3. William D. Callister, David G. Rethwisch. Ciência e Engenharia de Materiais: Uma Introdução 9ª Edição, Wiley; 9 edição (4 de dezembro de 2013), ISBN-13: 978-1118324578.
4. Eberhart, Mark (2003). Por que as coisas quebram: entendendo o mundo pela maneira como ele se desfaz. Harmonia. ISBN 978-1-4000-4760-4.
5. Gaskell, David R. (1995). Introdução à Termodinâmica dos Materiais (4ª ed.). Editora Taylor e Francis. ISBN 978-1-56032-992-3.
6. González-Viñas, W. & Mancini, HL (2004). Uma Introdução à Ciência dos Materiais. Princeton University Press. ISBN 978-0-691-07097-1.
7. Ashby, Michael; Hugh Shercliff; David Cebon (2007). Materiais: engenharia, ciência, processamento e design (1ª ed.). Butterworth-Heinemann. ISBN 978-0-7506-8391-3.
8. JR Lamarsh, AJ Baratta, Introdução à Engenharia Nuclear, 3ª ed., Prentice-Hall, 2001, ISBN: 0-201-82498-1.

Veja acima:
Fadiga