O que é fadiga do aço?

A fadiga do aço (e de outros metais) é um dos tipos de falhas mais sutis — e um dos mais perigosos!

Embora as falhas em metais possam ocorrer devido a cargas de tração excessivas, de cisalhamento e de impacto, a fadiga do metal é um tipo de falha que pode passar despercebida até o ponto em que é tarde demais! Saiba tudo sobre o assunto abaixo.

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O que é fadiga?

A fadiga é a progressiva, localizada e permanente mudança estrutural que ocorre em um material submetido a deformações flutuantes em tensões nominais com valores máximos menores que a resistência à tração do material. A fadiga pode culminar em rachaduras e causar fratura após um número suficiente de flutuações.

Processo de fadiga

Existem três estágios para a fadiga do metal.

Estágio Um

Após uma certa quantidade de ciclos de carga, microfissuras começam a se formar no metal. As microfissuras tendem a se formar em torno de características geométricas que concentram tensões, como bordas.

A tensão necessária para criar essas microfissuras pode, na verdade, ser menor que a resistência à tração final e produzir a resistência à tração do metal.

Estágio Dois

Essas microfissuras continuam a ser estressadas pelo carregamento cíclico, fazendo com que aumentem de tamanho.

Estágio Três

Com o tempo, as microfissuras aumentadas atingem um tamanho em que as tensões são suficientes para causar uma rápida propagação da trinca, levando à falha do metal. A superfície da fissura terá aparência diferente dependendo do tipo de metal e de sua resistência à tração.

Estresses que causam a fadiga do aço e de outros metais

Além das tensões de flexão ou radiais, outros tipos de tensões podem causar fadiga do metal. Pode haver um defeito causado pelo processo de fabricação ou dentro do próprio material.

O aumento da fadiga do aço também pode ocorrer devido à corrosão, rotação da peça, temperatura, desgaste ou projeto estrutural. Por exemplo, as bordas dos furos tendem a concentrar a tensão, mas o furo pode ser colocado em outro lugar, tornando a peça menos suscetível à fadiga.

As tensões que causam a fadiga são geralmente menores do que a resistência à tração final do material. Os engenheiros que projetam uma peça devem entender quanta tensão repetida a peça pode suportar, e isso depende em parte da resistência à fadiga do metal.

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Formas de falhas em materiais por fadiga

A falha por fadiga do metal pode ser refletida em diferentes formas.

Falha por fadiga térmica

Este tipo ocorre devido a mudanças de temperatura. Essas alterações podem ser causadas por fatores ambientais, bem como por flutuações de temperatura de aplicativos que estão sendo desligados e ligados.

Falha por fadiga por corrosão

Ocorre devido a ambientes corrosivos que danificam o metal. A corrosão pode causar inicialmente rachaduras que podem causar danos mecânicos e fadiga.

Falha por fadiga por vibração

Como o nome indica, a fadiga por vibração é devido ao dano vibracional que leva a rachaduras e tensões quando o equipamento está funcionando em níveis que estão fora dos padrões operacionais.

Falha mecânica

Este tipo de fadiga do aço é devido a tensões que ocorrem ao longo do tempo e inclui falhas por corrosão e fadiga por vibração.

Como identificar a fadiga do aço?

Embora a fadiga seja uma propriedade inerente aos metais, hoje em dia, desastres causados ​​por tensões de fadiga raramente acontecem. Isso ocorre porque as leis da fadiga foram bem estudadas. Assim, é possível lidar com ela de forma organizada, estrutural, tecnológica e metalúrgica.

Inclusive, existem vários métodos para determinar que um metal está começando a ficar fatigado:

🔹inspeção visual para detectar fissuras ou outras deformações;

🔹análise de ruído. O metal danificado produz um ruído específico de chocalho;

🔹inspeção ultrassônica e de raios-X. O diagnóstico de um corpo humano e uma estrutura de aço têm muito em comum nesse sentido;

🔹corantes fluorescentes. Eles tornam as rachaduras visíveis;

🔹pós magnéticos.

Notavelmente, quando exposto a um ambiente corrosivo, o metal se comporta de maneira completamente diferente. A corrosão facilita muito a propagação de uma trinca de fadiga e pode fazer com que a ela se inicie em tensões mais baixas e aprofunde mais rapidamente. Isso é chamado fadiga por corrosão. Vários revestimentos de superfície — da pintura à galvanização — protegem contra a fadiga da corrosão.

Aplicações mais suscetíveis à fadiga do aço

A fadiga do aço deve ser considerada para todas as aplicações que levam esse metal. No entanto, existem vários componentes e estruturas que correm maior risco de serem acometidos por essa falha. Projetos de engenharia em que a fadiga do metal devido a tensões repetidas pode causar problemas incluem:

✅Motor a jato turbofan com hélices rotativas

✅Partes do corpo do avião

✅Bicicletas fora de estrada (mountain bike)

✅Pontes com tráfego e vibração do vento

✅Suspensões automotivas

✅Equipamento de fabricação

✅Equipamento de estampagem de metal

✅Qualquer componente sob estresse vibracional

✅Mobiliário

Resistência à fadiga do aço

A fim de interromper as falhas, é importante entender como as características de um metal afetam sua capacidade de resistir à fadiga. A mais óbvia e importante delas é a resistência à fadiga de um metal.

A resistência à fadiga é medida através de testes, um grupo de métodos de avaliação que executa amostras de material de um determinado tamanho e forma por meio de ciclos repetidos de um determinado nível de tensão.

Isso é feito para muitos níveis de tensão, e um gráfico destaca quantos ciclos, em um determinado nível de tensão, um aço pode suportar sem fraturar. Tendo esses dados, se necessário, os engenheiros podem redesenhar a peça para minimizar as tensões internas. Eles também podem especificar um material diferente que seria mais resistente ao estresse de fadiga.

Por isso, estar informado sobre a resistência à fadiga do aço é extremamente importante para evitar falhas.

Como prevenir a fadiga do aço?

Medidas estruturais contra a fadiga incluem dar formas às peças sem cantos reentrantes pontiagudos ou pouco arredondados, mudanças abruptas de seção, mandrilamento de um pequeno raio, etc. Caso contrário, as concentrações de tensão podem ocorrer abruptamente! Muitas vezes, os erros estruturais podem ser eliminados simplesmente aumentando o tamanho de uma peça. Isso aliviará o estresse e evitará exceder o limite de fadiga.

As medidas tecnológicas contra a fadiga geralmente se resumem ao processamento adequado das peças. Por exemplo, quando se trata de peças feitas de aço de alta resistência, a atenção é dada principalmente à retificação da superfície. No entanto, a montagem errada de estruturas também pode causar tensões variáveis ​​perigosas!

Medidas metalúrgicas para combater essa falha também devem ser consideradas. As trincas podem iniciar a partir de inclusões estranhas em um metal resultantes de sua contaminação durante a fundição (por exemplo, inclusões de escória).

Ressalta-se, porém, que diante dos avanços atuais da indústria, os principais produtores de aço dedicam esforços para melhorar a pureza do metal e aprimorar a composição química e o tratamento térmico dos produtos.

Como tal, engenheiros e construtores estão lidando agora com classes de aço fundamentalmente diferentes e muito mais fortes! Embora a fadiga ainda possa ocorrer, as falhas críticas de estruturas e peças metálicas causadas por tensões foram minimizadas!

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