O que são modos de falha de materiais – definição

Na ciência dos materiais, falha de material é a perda da capacidade de carga de uma unidade de material. O projeto de um componente ou estrutura geralmente exige que o engenheiro minimize a possibilidade de falha. Quer gostemos ou não, vários componentes em serviço sofrem falhas (quebra ou mudança de forma) e não podem desempenhar sua função designada. As causas comuns de falha são seleção e processamento inadequado de materiais e design inadequado do componente ou seu uso indevido. causou isso. Portanto, é importante entender a mecânica dos vários modos de falha mecânica: fratura, fadiga e fluência. Além disso, esteja familiarizado com os princípios de design apropriados que podem ser empregados para evitar falhas em serviço.

A análise de falhas (FA) é um campo científico multidisciplinar, conectando áreas de engenharia de diversas formações e corpos de conhecimento. Da mecânica aplicada à eletroquímica e corrosão e da modelagem numérica, ao entendimento da ciência de superfícies e tribologia. A complexidade da natureza do assunto requer a abrangência de várias disciplinas de engenharia, para obter alto desempenho do processo e análise eficaz da causa raiz, que é o núcleo e o objetivo central do processo de investigação de falhas. A seção a seguir é dirigida à fratura simples (ambos os modos dúctil e frágil), fundamentos da mecânica da fratura, teste de tenacidade à fratura, transição dúctil para frágil, choques térmicos pressurizados, fadiga e fluência.

• Fratura de Materiais. Uma fratura é a separação de um objeto ou material em duas ou mais partes sob a ação do estresse. Os engenheiros precisam entender os mecanismos de fratura. Existem fraturas (por exemplo, fratura frágil), que ocorrem sob condições específicas sem aviso prévio e podem causar grandes danos aos materiais. A fratura frágil ocorre repentina e catastroficamente sem qualquer aviso. Esta é uma consequência da propagação espontânea e rápida da trinca. No entanto, para fratura dúctil, a presença de deformação plástica alerta que a falha é iminente, permitindo que medidas preventivas sejam tomadas. Uma compreensão detalhada de como ocorre a fratura nos materiais pode ser auxiliada pelo estudo da mecânica da fratura.
• Fadiga do Material. Na ciência dos materiais, fadiga é o enfraquecimento de um material causado por carregamento cíclico que resulta em danos estruturais progressivos, quebradiços e localizados. Uma vez iniciada a trinca, cada ciclo de carregamento aumentará a trinca em uma pequena quantidade, mesmo quando repetidas tensões alternadas ou cíclicas são de intensidade consideravelmente abaixo da resistência normal. As tensões podem ser devidas a vibração ou ciclagem térmica. O dano por fadiga é causado por:
  • ação simultânea do estresse cíclico,
  • tensão de tração (seja aplicada diretamente ou residual),
  • tensão plástica.

  Se qualquer um desses três não estiver presente, uma trinca de fadiga não será iniciada e propagada. A maioria das falhas de engenharia são causadas por fadiga.
• Use. Em geral, o desgaste é um dano superficial induzido mecanicamente que resulta na remoção progressiva de material devido ao movimento relativo entre essa superfície e uma substância ou substâncias em contato. Uma substância em contato pode consistir em outra superfície, um fluido ou partículas duras e abrasivas contidas em alguma forma de fluido ou suspensão, como um lubrificante, por exemplo. Na maioria das aplicações tecnológicas, a ocorrência de desgaste é altamente indesejável e é um problema extremamente caro, pois leva à deterioração ou mesmo à falha de componentes. Em termos de segurança, muitas vezes não é tão grave (ou tão repentina) quanto a fratura. Isso porque o desgaste costuma ser antecipado.
• Corrosão. A corrosão costuma ser um fenômeno negativo, pois está associada à falha mecânica de um objeto. Átomos de metal são removidos de um elemento estrutural até que ele falhe, ou óxidos se acumulam dentro de um tubo até que seja entupido. Todos os metais e ligas estão sujeitos à corrosão. Mesmo os metais nobres, como o ouro, estão sujeitos ao ataque corrosivo em alguns ambientes.
• Rastejar. A fluência, também conhecida como fluxo frio, é a deformação permanente que aumenta com o tempo sob carga ou tensão constante. Ocorre devido à longa exposição a grandes tensões mecânicas externas com limite de escoamento e é mais severa em materiais que são submetidos ao calor por longo tempo. A fluência é um fenômeno muito importante se estivermos usando materiais em alta temperatura. A fluência é muito importante na indústria de energia e é da maior importância no projeto de motores a jato. Para muitas situações de fluência de vida relativamente curta (por exemplo, pás de turbina em aeronaves militares), o tempo de ruptura é a consideração de projeto dominante.

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:
Metais