Uma fratura por fadiga metálica, como outros tipos de fraturas por falha de metal, carrega informações valiosas sobre o processo de fratura. Ele fornece pistas sobre onde a fratura se originou, como ela se propagou e como finalmente fraturou. A morfologia na superfície da fratura é influenciada por fatores como propriedades do material, condições de tensão, níveis de tensão e fatores ambientais. Portanto, a análise da fratura por fadiga é um dos principais métodos para estudar a falha por fadiga.
Uma fratura por fadiga típica geralmente consiste em três regiões: a origem da fadiga, a zona de propagação da fadiga e a zona de fratura final. Veja a Figura 1.
Figura 1
Origem da fadiga
A origem da fadiga é a área onde a trinca por fadiga se inicia. Muitas vezes está localizado nos pontos fracos de um componente, como arranhões superficiais, danos mecânicos, poços de corrosão, áreas de mudança repentina na seção transversal ou defeitos metalúrgicos internos como rachaduras, inclusões frágeis, segregação, porosidade e assim por diante.
Numa superfície de fratura por fadiga, pode haver uma ou várias origens de fadiga. Por exemplo, no caso de flexão repetida, pode haver duas origens de fadiga por flexão, ou num ambiente corrosivo, a fadiga por corrosão pode levar a múltiplas origens.
Quanto maior o fator de concentração de tensão ou o nível de tensão alternada, maior será o número de origens de fadiga na superfície de fratura. A Figura 2 mostra uma fratura por fadiga de múltiplas origens.
Figura 2
Zona de propagação de trincas por fadiga
Esta zona é a área de propagação de fissura subcrítica e é a região mais complexa e rica em informações da superfície de fratura. As características desta zona são fundamentais para determinar se a fratura é resultado de fadiga. A característica mais comum é a presença de “marcas de praia” visíveis sob baixa ampliação e estrias de fadiga (também conhecidas como marcas de propagação de fadiga) visíveis sob alta ampliação. No entanto, algumas superfícies de fratura podem não ter essas características e, em vez disso, apresentar características lisas, polidas, semelhantes a cerâmica, sinais de deformação por extrusão ou impressões semelhantes a pneus, entre outras. As estrias de propagação da fadiga podem ser observadas na Figura 3.
Figura 3
3.Zona de Fratura Final
Esta região é onde a trinca sofre propagação rápida e instável. Durante o estágio de crescimento da trinca metaestável, a trinca por fadiga se expande gradualmente com cada ciclo de tensão, mas a taxa de crescimento é relativamente lenta e segue um padrão mais consistente e previsível. No entanto, uma vez que a trinca atinja um tamanho crítico, ela irá acelerar rapidamente, levando à fratura final. Esta zona marca a transição do crescimento estável da fissura para a fratura rápida.
À medida que o comprimento da fissura continua a aumentar, quando atinge o tamanho crítico c, a concentração de tensão na ponta da fissura torna-se grande o suficiente para exceder a resistência à fratura do material. Neste ponto, a fissura torna-se instável e se propaga rapidamente. A porção intacta na frente da fissura fratura quase instantaneamente.
A superfície de fratura na zona de fratura final é relativamente áspera e, como representa o último ponto de fratura, costuma ter uma cor mais brilhante. A fratura nesta área é essencialmente semelhante à de uma fratura por carga estática. Para materiais frágeis, a microestrutura normalmente apresenta características de clivagem, enquanto para materiais dúcteis, a microestrutura apresenta características de fratura ondulada.
A zona de fratura final geralmente está localizada no lado oposto à origem da fadiga. Porém, se o material for submetido à flexão rotacional, a posição da zona de fratura final será deslocada em um certo ângulo na direção oposta da rotação.
