1) O documento discute fatores que afetam a vida útil em fadiga de materiais, incluindo acabamento superficial, tensões residuais, e tensão média. 2) Também aborda os efeitos da fadiga térmica e da corrosão-fadiga na vida útil. 3) Explica que fadiga de baixo ciclo, causada por altas tensões, geralmente ocorre em menos de 10^4 ciclos e é comum em equipamentos como vasos de pressão e turbinas a vapor.

1. Fadiga –––– Curva S-N Tensão versus número de ciclos necessários para a fratura
Curvas obtidas a partir de ensaios de flexão alternada (σm=0)
Fadiga de alto ciclo → tensão elástica
Limite de resistência
à fadiga
Resistência à
fadiga
Algumas ligas ferrosas e de titânio Maioria das ligas não ferrosas
Vida em
fadiga.
Fadiga –––– Curva S-N
Fatores na vida em fadiga
Acabamento superficial (*)
– Entalhes, rugosidades ou descontinuidades geométricas podem atuar como
nucleadores de trincas de fadiga
• Sulcos, orifícios, rasgos de chaveta, roscas, etc.
– Polimento para remoção das descontinuidades
Tensões residuais
– Introdução de tensões residuais compressivas na superfície no componente para
aumentar a vida em fadiga
– Mecânicos
• Jateamento
• Laminação superficial
– Termo-químicos
• Cementação
• Nitretação
Fatores na vida em fadiga –––– Efeito da superfíííície

2. Fatores na vida em fadiga
Tensão média
– ↑ nível de tensão média → ↓ vida em fadiga
Efeitos do ambiente
– Fadiga térmica
– Corrosão-fadiga
Fatores na vida em fadiga
Tensões altas → baixo nº de ciclos (<104)
Frequentemente ocasionadas por tensões de origem térmica
Resulta da deformação cíclica em vez da tensão cíclica
Vasos de pressão, turbinas a vapor, etc.
Fadiga –––– Baixo ciclo
Fadiga térmica.
Linha de aço inoxidável de
grande espessura
Deformação – “estufamento”

3. Fadiga térmica do estufamento anterior Fadiga térmica em solda
Fadiga térmica.
Fadiga térmica antiga com preenchimento de óxido.
Oxidação - Fadiga térmica
Tubo de forno
Fadiga térmica

4. 13
FALHAS MECÂNICAS
Sobrecarga
Fadiga (mecânica e térmica)
Desgaste (Erosão / Corrosão-erosão /
Cavitação / Impingimento)
Choque térmico
FALHAS DEVIDAS A DANOS CAUSADOS
POR HIDROGÊNIO
Empolamento por hidrogênio
Trincamento induzido por hidrogênio
Trincamento sob tensão por sulfeto
Trincamento por hidrogênio orientado por
tensão
Ataque pelo hidrogênio em altas temperaturas
Etc.
FALHAS DEVIDAS À ALTERAÇÃO METALÚRGICA
Grafitizacão / esferoidização
Fragilização por fase sigma
Fragilização ao revenido
Fragilização ao 475
Etc.
FALHAS DEVIDAS À CORROSÃO
Corrosão atmosférica
Corrosão seletiva
Corrosão galvânica
Corrosão por pites
Corrosão por célula oclusa
Corrosão sob tensão (CST)
Corrosão-erosão
Corrosão-fadiga
Corrosão microbiológica
Corrosão por CO2
Corrosão em elevadas temperaturas
Etc.
FLUÊNCIA E SOBREAQUECIMENTO
OUTROS
Fragilização por metal líquido
Degradação de refratários
Etc.
Mecanismos de Deterioração
Descrição: Transformação da perlita em grafita + ferrita.
Materiais afetados: Aço C e C/Mo.
Equipamentos afetados: Os que operam em T > 4300C e longo t.
Morfologia do dano: Nódulos de grafita dispersos na
matriz α;α;α;α; em forma de cílios em ZTA ou em regiões de alta
εεεε.... ↓↓↓↓ ((((σσσσ,,,, ∆ε∆ε∆ε∆ε ,,,, φφφφ))))
Prevenção/minimização: Aço ao Cr (teor > 0,7% Cr).
Inspeção e monitoração: Metalografia.
Mecanismos associados: Esferoidização.
Grafitização
Grafitização
C Mn S P
0,35 máx 0,80 máx 0,035 máx 0,035 máx

5. Descrição: Transformação da perlita lamelar em carbetos esferoidais.
Materiais afetados: Aços carbono e baixa ligas.
Equipamentos afetados: Os que operam em T > 4400C e longo t.
Morfologia do dano: Carbetos globulares dispersos ou aglomerados.↓↓↓↓ (σσσσ, φφφφ)
Prevenção/minimização: Limitar T e t.
Inspeção e monitoração: Metalografia.
Mecanismos associados: Fenômeno competitivo. T > 5500C => esf. ⇒⇒⇒⇒ graf.
T < 5500C => graf. ⇒⇒⇒⇒ esf.
Esferoidização Esferoidita
Esferoidização Esferoidização x Grafitização
550oC

6. Descrição: Transformações metalúrgicas. 3400C<T<5900C.
Pior em ±±±± 4350C e↑↑↑↑ t.
Materiais afetados: Aços baixa liga (2,25Cr-1Mo) e HSLA (Cr, Mo, V).
Morfologia do dano: Não identificado metalograficamente. ↓↓↓↓δδδδ.
Causa perda de tenacidade.
Prevenção/minimização: Material velho: Procedimento.
Material novo: Controle dos fatores J e X.
Inspeção e monitoração: CPs testemunha e procedimento.
Mecanismos associados: Não especificado.
Fragilização ao revenido
Fragilidade dos aços baixa liga quando aquecidos ou resfriados entre 375º e 575ºC.
Entre 400º e 475ºC a fragilidade ocorre mais rapidamente.
Materiais susceptíveis: Aços com quantidade apreciável de Mn, Ni e Cr e adicionalmente uma
ou mais impurezas (P, As, Sb, Sn).
Fragilidade devido à concentração de impurezas e elementos de ligas nos CG’s.
Trincas nesses materiais são intergranulares.
Apenas a resistência ao choque é afetada. Outras propriedades não se alteram.
A eliminação das impurezas citadas acima, evita a fragilidade.
Pode ser evitada por revenido acima de 575ºC ou abaixo de 375ºC, seguido pelo resfriamento
rápido até a temperatura ambiente.
Aços fragilizados podem ter a tenacidade restaurada: Aquecimento em torno de 600ºC e
resfriamentro rápido até abaixo de aproximadamente 300ºC.
Fragilização ao Revenido
Fragilização ao Revenido
• Aços de baixa liga T&R.
• Faixa de 300 a 600oC.
• Queda da tenacidade Charpy.
• É reversível.
• Fratura intergranular.
• Segregação de Sb, P, Sn, As.
• Mn e Si aceleram.
• Mo em SS evita.
• Perigo na parada/partida.
• Maior TG é pior.
524 C
1 h 15 h 24 h 60 h 100 h
Tempo Total = 233 h
496 C
(1)
(3)
(2)
Taxa de Resfriamento
468 C
315 C
o
o
o
o
(3)
(2)
(1)
(1)
(1)
o
5,6 C/h
o
2,8 C/h
o
27,8 C/h
o
538 C
o
593 C
TRATAMENTO TÉRMICO DE STEP COOLING

7. Fator de Bruscato (concentração em ppm)
Fator de fragilização J (Watanabe e outros)
(Concentração em % em peso)
Para chapa
J = (Si + Mn) x (P + Sn).104 [%p]
Para solda
X = (10P + 5Sb + 4Sn + As) / 100 [ppm]
Descrição: Alteração metalúrgica em ligas contendo αααα com
perda de δδδδ. (370-5400C).
Materiais afetados: Série 400, Duplex e 300 forjado ou fundido
Morfologia do dano: Precipitação de fases intermetálicas, ↑↑↑↑ Cr,
nos CGs. ↑↑↑↑HB, ↑↑↑↑ σσσσ, ↓↓↓↓∆ε∆ε∆ε∆ε, ↓↓↓↓δδδδ , ↓↓↓↓ S.
Prevenção/minimização: Correta especificação, TTAT,
controle de soldagem.
Inspeção e monitoração: CP testemunho, Metalografia, LP e HB.
Mecanismos associados: -
Fragilização ao 4750C
Obs:
1 – Perda de tenacidade não significante em altas temperaturas. T< 93C
Paradas!!!!!
2 – Fragilização pode ocorrer em curto período de tempo.
Ex.: Revenimento em temperaturas elevadas ou mantendo dentro do range
de transformação.
“Desfragilização” – 593C ou mais, seguido de rápido resfriamento. Prático?!!

8. Descrição: Alteração metalúrgica em ligas contendo αααα (5000C<T<9000C)
com perda de δδδδ para T< 2600C.
Materiais afetados: Série 300, 400 e duplex.
Morfologia do dano: Precipitação de fase σσσσ . ↑↑↑↑HB, ↑↑↑↑ σσσσ, ↓↓↓↓∆ε∆ε∆ε∆ε, ↓↓↓↓δδδδ ,
trincas (soldas e restrições).
Prevenção/minimização: Especificação, controle de soldagem. Controle
de αααα < 5% p/ 304 e < 9% p/ 347.
Inspeção e monitoração: Metalografia, LP, CP testemunho.
Mecanismos associados: Fragilização ao 475.
Fragilização por fase sigma Açççços Inoxidááááveis Austenííííticos –––– Fase Sigma
Formação da Fase Sigma (rica em Cr e Mo) é comum em aços de
alta liga. Sua faixa de formação é entre 470 a 900ºC.
Ela aumenta a tendência à corrosão intergranular e fragiliza o
material na temperatura ambiente. Queda maior de tenacidade
T<260 C. Paradas!!!
Deve-se evitar a permanência por tempos elevados nesta faixa
de temperatura.
Deformação plástica acelera a formação
“Dessigmatização” – 1066C por algumas horas e resfriamento
rápido. Prático?!!!
Fase σσσσ
Fe36Cr12Mo10Fe36Cr12Mo10Fe36Cr12Mo10Fe36Cr12Mo10
Fase σσσσ
(24 % Cr, 18 % Mo, 6 % Ni, 52 %
Fe) ou (48 % Cr, 52 % Fe).
Fase χχχχ - Associada à fragilização
ao 475
Cr-Ni-Mo (18-14- 3) t = 3000 h; T = 5940C)

9. Frágil
Dúctil