INTRODUÇÃO Os componentes ou elementos mecânicos são projetados de modo a resistir aos esforços a que forem submetidos em condições normais de operação. Esses projetos ainda contemplam um certo grau de garantia denominado de coeficiente de segurança. Se as condições de uso reais forem mais severas que as condições contempladas no projeto com certez a, os compone ntes irão falhar. Ess as falhas pode m apresentar ca racterísticas diversas. As dimensões de algum elemento pode sofrer deformações (escoamento, fluência), também ocorrem rupturas (fratura e f adiga). Falhas ocorrem devid o às condições ambienta s (corrosão, abrasividad e, etc...). Todos os materiais possuem um limite de resistência (escoamento), quando submetidos a esforços inferiores a esse limite teoricamente não apresentará falha. Devemos levar em conta que mesmo em condições ideais todos os materiais irão apresentar falhas com o tempo, pois, devidos aos esforços repetitivos a curva de escoamento dos materiais recua em sua posição fato que significa que sua resistência plástica diminuirá com o tempo. Portanto um bom projeto e o estudo de falhas irão contribuir diretamente para a vida útil dos elementos.
Segundo COLLINS (2006)1: “ Deformação elástica induzida por força e/ou temperatura é
a falha que ocorre sempre que a deformação (recuperável) em um componente de máquina,
causada pela imposição de cargas ou temperaturas de operação, se torna suficientementeelevada para interferir com a habilidade da máquina em desempenhar satisfatoriamente a sua
função pretendida.”
Na aplicação de esforços mecânicos em qualquer material a deformação elástica irá
ocorrer. Essa deformação ocorre em três fases distintas:
a) Deformação Plástica;
b) Deformação Elástica; e
c) Ruptura
A deformação elástica não promove a ruptura das ligações químicas, ocorre digamos
um alongamento dessas ligações devido a ocorrência de uma força adicional que somando-se
às forças eletrostáticas existentes no material que inicialmente estavam em equilíbrio.
Nessa fase a deformação é proporcional ao esforço aplicado. Essa constante de
proporcionalidade recebe o nome de Módulo de Elasticidade (E), sua equação é E= σ/ε.
Essa deformação é simplesmente resumida pelo deslocamento de átomos ao serem
submetidos a esforços, quando esses esforços cessam estes mesmos átomos voltam a sua posição normal.
Assume-se então que a deformação elástica é retornável, e, pode ocorrer diversas vezes
sem alterar a resistência e a vida útil do material.
No caso de que a força empregada ao material for cisalhante, usa-se o módulo de
cisalhamento G= τ/ γ onde τ é a tensão de cisalhamento e γ é a deformação de cisalhamento E
e G se relacionam pela expressão: E=2G(1+ν). É importante salientar que sempre que se aumenta elasticamente um material em uma
determinada direção esse mesmo material se reduz nas demais. A variável que indica essa
deformação chama-se Coeficiente de Poisson.
2. ESCOAMENTO
Escoamento é a falha que ocorre quando a deformação plástica (não recuperável) em
um componente dúctil da máquina, causada pelas cargas de operação impostas ou movimentos,
1 COLLINS, Jack A. – Projeto Mecânico de Elementos de Máquinas – LTC – Rio de Janeiro - 2006
às limitações computacionais e à dificuldade na implementação de critérios que sejam capazes
de identificar os locais de nucleação e propagação de trincas e o tipo de trinca formada. 2
4.
FRATURA FRÁGIL
É a falha que ocorre quando a deformação elástica, em um componente de máquina que
apresenta comportamento frágil, é conduzido ao extremo, de modo que as ligações Inter
atômicas primárias são quebradas e o componente se separa em duas ou mais partes. Defeitos
preexistentes ou crescimento de trincas propiciam sítios de iniciação para uma rápida
propagação de trincas e falha catastrófica, deixando uma superfície de fratura granular e
multifacetada.
O teste de impacto é o mais antigo entre os ensaios mecânicos. Sua principal origem sedeve aos navios, usados na Segunda Guerra Mundial, que apresentavam rachaduras
catastróficas, tanto em alto mar quanto nos cais. Devido a estes danos, muitas pesquisas em
torno de métodos que fossem capaz de medir as condições adequadas para o funcionamento
ideal dos materiais foram desenvolvidas. Estes eventos ocorreram mais intensamente nos meses
de inverno, mostrando que o aço doce utilizado nas estruturas tornava-se frágil em condições
especiais. A possibilidade de falha nas soldas foi aventada também como causa possível dos
colapsos. Além do caso dos navios, falhas por fratura frágil podem também ocorrer emreservatórios pressurizados, pontes e dutos. A fratura frágil é aquela em que não existe a
deformação plástica e ocorre a partir da formação e propagação de uma trinca. Os dois
principais métodos de ensaio de impacto são Charpy e Izod. Ambos usam o pêndulo como
máquina para fazer os testes. Tendências mais modernas apontam para os testes de impacto
com o uso de torres de queda, capazes de produzir maiores velocidades, adequando os testes ao
desenvolvimento de novos materiais. Este tipo de ensaio é denominado Teste da queda de peso
Fadiga é um tipo de falha que ocorre em materiais expostos a tensões no decorrer de um
período de tempo. A falha por fadiga pode ocorrer em níveis substancialmente mais baixos do
que o de resistência real do material.
Costuma ocorrer subitamente sem aviso prévio, é um dos, senão o maior responsável
pelas falhas ocorridas em metais, pode atuar também em polímeros e materiais cerâmicos.
Podemos destacar alguns fatores que atuam ativamente no que diz respeito a vida de fadiga,
entre eles: nível médio de tensão (quanto maior o valor médio de tensão menor é a vida), efeitos
de superfície (as trincas que originam o processo de falha se dão na superfície do material, nos
alertando que as condições superficiais afetam extremamente a vida de fadiga).
Algumas medidas de tratamento superficial podem atenuar esse problema, destacamosa eliminação de cantos vivos nos elementos desde sua concepção no projeto, aliados a
tratamentos superficiais que vão desde o polimento para eliminar arranhões e marcas até
tratamentos superficiais como a carbonetação que geram tensões compressivas que compensam
parcialmente as tensões externas criando camadas mais duras na superfície.
6. CORROSÂO
Corrosão é um termo amplo, implicando que uma peça da máquina se torna incapaz de
desempenhar a função pretendida por causa da deterioração não desejada do material. Como
resultado de uma interação química ou eletroquímica com o meio ambiente. A corrosão
frequentemente interage com outros modos de falha tais como o desgaste ou fadiga. Suas
principais formas são:
a) Ataque químico direto, talvez o mais comum tipo de corrosão, envolve o ataque
corrosivo da superfície da peça da máquina exposta ao meio corrosivo quaseuniformemente sobre toda a superfície exposta;
b) Corrosão galvânica, é uma corrosão também classificada de eletroquímica acelerada,
que ocorre quando dois metais não similares em contato elétrico se tornam parte de um
circuito completado por uma poça de conexão ou filme de eletrólito ou meio corrosivo,
levando a um fluxo de corrente que resulta em corrosão;
c) Corrosão por fenda, é um processo de corrosão acelerado, altamente localizado dentro
de fendas, trincas e juntas, onde um pequeno volume de solução estagnada é aprisionadoem contato com o material corroído;
