Aqui no blog da Precisão, já falamos sobre o Ensaio de Tração, que traz informações importantes sobre o material como tensão máxima e módulo de elasticidade. O problema é que ele não leva em consideração o tempo que a carga foi aplicada. Para isso há o Ensaio de Fluência, que mostra como o corpo de prova se comportará com uma carga aplicada por um longo período de tempo.

Durante muito tempo a indústria utilizou o metal em aplicações que não trabalhavam com altas temperatura, mas nas últimas décadas os avanços tecnológicos possibilitaram a criação de mísseis, foguetes, aeronaves e máquinas que trabalham com temperaturas acima dos 1000ºC. Principalmente nesses casos, notou-se que ocorria o fenômeno de fluência e tornou-se necessário o desenvolvimento e testes de materiais que suportassem esse stress.

O que é fluência (na Engenharia Mecânica)

A fluência é a deformação plástica que ocorre em um corpo submetido a uma tensão constante abaixo do limite de escoamento, em função do tempo. Esse fenômeno é afetado principalmente pela temperatura.

Em outras palavras, o material não deveria deformar, pois a tensão está abaixo do limite de escoamento, mas ele deforma por causa da temperatura e também do tempo no qual a carga foi aplicada.

Como é realizado um Ensaio de Fluência?

Existem três tipos de Ensaio de Fluência, são eles:

  • Ensaio de fluência (creep test)
  • Ensaio de ruptura por fluência (stress-rupture test)
  • Ensaio de relaxação

Ensaio de fluência (creep test)

O corpo de prova é colocado em uma máquina, como mostram as figuras a seguir. Esta máquina possui um forno que aquece a amostra próximo a temperatura de teste. A máquina possui alguns termopares para verificar a temperatura, além de um mecanismo para medir quanto o corpo de prova se deformou.

Esse é um exemplo de como a amostra é colocada na máquina. Nesse caso o corpo de prova é cilíndrico e por isso é rosqueado. Essa parte branca é um material refratário e esse fio enrolado é a resistência que serve para aquecer a amostra.
Esse é um exemplo de como a amostra é colocada na máquina. Nesse caso o corpo de prova é cilíndrico e por isso é rosqueado. Essa parte branca é um material refratário e esse fio enrolado é a resistência que serve para aquecer a amostra.
Nessa imagem o equipamento está sendo fechado, para que as resistências possam aquecer a amostra.
Nessa imagem o equipamento está sendo fechado, para que as resistências possam aquecer a amostra.

Depois que o corpo de prova é fixado e a aquecido, é possível adicionar uma carga e começar a fazer as medições. Como essa carga é constate e abaixo do limite de escoamento o teste demora muito tempo para mostrar algum resultado. Alguns ensaios duram 1000h (aproximadamente 42 dias), já outros podem durar até meses.

A seguir uma curva característica do Ensaio de Fluência:

Curva característica do Ensaio de Fluência
Curva característica do Ensaio de Fluência

Percebe-se que há três estágios nessa curva. O objetivo aqui não é se aprofundar demais no assunto, mas é interessante saber que a deformação durante o processo de fluência muda sua velocidade de acordo com o tempo.

Muitas vezes não é possível fazer testes para saber como será as propriedades durante toda a vida do material. Mas existe a possibilidade de fazer vários testes, variando a carga e/ou a temperatura, para assim obter dados para uma extrapolação. O gráfico a seguir mostra alguns valores que foram extrapolados para um ensaio de fluência.

Gráfico de tensão-temperatura para aço-carbono com 1% de deformação sobre ensaio de fluência
Gráfico de tensão-temperatura para aço-carbono com 1% de deformação sobre ensaio de fluência

Ensaio de ruptura por fluência (stress-rupture test)

Esse tipo de ensaio é parecido com o anterior, mas possui suas peculiaridades. O corpo de prova é ensaiado até a ruptura onde há até 50% deformação, enquanto no ensaio anterior o máximo era por volta de 1%. Outra questão nesse teste é que as cargas são bem mais altas que as do teste anterior, mas ainda constantes. Como as cargas são maiores, a velocidade com que ocorre a deformação também é, e por isso os ensaios duram entorno das 1000h.

Aqui se mede a deformação, estricção e tempo de ruptura. Isso para parâmetros constantes de tensão e temperatura.

Principais características do Ensaio de Fluência

Em resumo, as principais características são: aplicar uma certa carga e uma certa temperatura para se analisar como será a deformação do corpo. O teste geralmente é demorado, por volta de 1000h, mas é possível realizar vários ensaios com parâmetros diferentes e extrapolar para tempos maiores. Com os resultados desse teste é possível projetar melhor os componentes que trabalham em altas temperaturas e assim torna as aplicações mais seguras e mais competitivas.

O Telecurso 2000 fez um vídeo sobre esse assunto, veja a seguir:

Resultados

Dos Ensaios de Fluência é possível analisar:

  • Tensão aplicada
  • Temperatura do corpo de prova
  • Tempo de ruptura
  • Taxa de fluência

Os resultados desse ensaio, assim como outros, permitem os engenheiros aumentarem sua capacidade de predição em um projeto. Em alguns casos a fluência é irrelevante e basear o projeto em ensaios mais simples como o de tração já é o bastante. Porém, a fluência deve ser considerada em casos onde os materiais trabalharão em temperaturas elevadas como motores a jato, turbinas a vapor, aplicações petroquímicas e reatores nucleares.

Materiais que podem ser utilizados

Geralmente esse ensaio é realizado em metais e ligas metálicas. Atualmente está crescendo área de desenvolvimento de materiais e é interessante saber as características do mesmo, então o Ensaio de Fluência pode ser aplicado com a finalidade de entender como eles se comportam, mesmo que não sejam metais.

Também há fluência em materiais como o concreto, mas a forma de se testar isso é outra.

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willyazevedo
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