O ensaio de fadiga é um meio de especificar limites de tensão e tempo de uso de uma peça ou elemento de máquina. É um ensaio de grande importância na aplicação e seleção de materiais para engenharia uma vez que caracterizam e determinam propriedades diretamente relacionadas às condições de serviço em que os materiais estarão submetidos. Além disso, muitas das falhas de componentes de máquinas se devem à fadiga.
A ruptura por fadiga inicia a partir de uma trinca ou pequena falha superficial que se propaga ampliando seu tamanho, devido a solicitações cíclicas. Quando a trinca aumenta de tamanho, o suficiente para que o restante do material não suporte mais o esforço que está sendo aplicado, a peça se rompe repentinamente.
As indústrias automotivas, aeronáutica, de energia e médica/odontológica fazem grande uso do ensaio de fadiga. Molas, barras de torção, rodas, pontas de eixo, tubulações e implantes são exemplos de produtos normalmente submetidos à fadiga. Quando o ensaio no próprio componente não é possível, ou quando a comparação de materiais é almejada, o ensaio é realizado em corpos de prova padronizados.
O ensaio de fadiga consiste em aplicar cargas ou deformações cíclicas (geralmente senoidais) e são realizados através de sistemas que permitem alterar a intensidade e o sentido do esforço mecânico imposto, e por um contador de números de ciclos. Os principais tipos de solicitações empregados para o estudo da fadiga são: torção, tração-compressão, flexão e flexão rotativa.
A apresentação dos dados experimentais de fadiga é geralmente feita através da curva S-N, onde são apresentados os valores de tensão S no eixo Y, e o número de ciclos necessários N para a fratura (geralmente em escala logarítmica) no eixo X, como ilustrado na figura abaixo.
Ilustração esquemática da curva S-N.
À medida que se diminui a tensão aplicada, o corpo de prova resiste a um maior número de ciclos. Além disso, para alguns materiais, ao diminuir a tensão a partir de um certo nível a curva se torna horizontal e o número de ciclos para o rompimento do corpo de prova torna-se praticamente infinito, sendo esse um comportamento característico de materiais ferrosos.
Esta tensão máxima, que praticamente não provoca mais a fratura por fadiga, chama-se limite de fadiga ou resistência à fadiga do metal considerado. Para os materiais que não apresentam esse comportamento, como as ligas de alumínio, a curva obtida é decrescente e, normalmente para considerações práticas, o ensaio é interrompido e a vida em fadiga é determinada entre 108 e 5 x 108 ciclos.
Acabamento superficial, composição, microestrutura, condições de conformação mecânica e de tratamento térmico, geometria, bem como o meio em que o componente está inserido são fatores que influenciam o comportamento em fadiga dos materiais.
Desse modo, o ensaio possibilita avaliar o efeito da variação de tais propriedades e condições de fabricação e uso, além das condições de carregamento cíclico, na resistência à fadiga dos materiais. Essas informações estão diretamente relacionadas à integridade do componente e segurança do futuro usuário.
O CCDM conta com infraestrutura para a realização de ensaios de fadiga e avalia as seguintes normas para materiais metálicos: ASTM E466, ASTM E606/E606M e para materiais poliméricos: ASTM D7791, ASTM D3479, ASTM D671. Além disso, como polímeros são significativamente mais afetados que metais pelos parâmetros de teste, cada aplicação precisa ser avaliada de maneira individual para prever a vida útil da peça.
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