Fratura dúctil, também conhecido comofratura plásticaoufratura por sobrecarga de tração, refere-se a um tipo de fratura que ocorre quando a carga aplicada a um material metálico excede seu limite de escoamento, resultando em deformação plástica macroscópica significativa antes da fratura. Portanto, também é chamado defratura por sobrecarga dúctil.
Um exemplo típico é a fratura de uma amostra lisa de tração sob carga estática uniaxial, conforme mostrado na figura abaixo. A superfície de fratura exibe uma claracaríciasfenômeno perto do intervalo. Macroscopicamente, a superfície da fratura apresenta umaxícara-e-coneformato: a região central aparecefibrosoecinza escuroem cores, geralmente orientadoperpendicularpara a direção da tensão de tração, enquanto a região externa apresentacortar lábiosque se formam aproximadamente aângulo de 45 grausao eixo de tração.
Em aplicações práticas, a forma dos componentes e as forças que eles sofrem podem ser bastante complexas, de modo que as características macroscópicas da morfologia da fratura podem não ser óbvias. No entanto, a base principal para distinguir entrefratura dúctilefratura frágilé a presença ou ausência de deformação plástica macroscópica significativa próxima à fratura.
Do ponto de vista do mecanismo de fratura em materiais metálicos, existem dois tipos principais:separação de deslizamentoefratura de covinha dúctil.
Separação de deslizamentorefere-se ao fenômeno onde, sob força externa, os átomos dentro da estrutura cristalina do material experimentam deslizamento relativo ao longo de planos e direções cristalinas específicas devido à tensão de cisalhamento, que é conhecido comoescorregar. Quando esse deslizamento ocorre de forma descontínua ou desigual, ou quando é impedido nos limites de grão, limites de fase ou outras interfaces, pequenas lacunas ou rachaduras se formam nesses locais, levando aseparação de deslizamento. A fratura por separação por deslizamento puro é relativamente rara em materiais metálicos.
Fratura de covinha dúctilé o tipo mais comum. O mecanismo para formação e propagação de trincas neste modo é o seguinte: materiais metálicos contêm várias descontinuidades, como vazios, inclusões, partículas de segunda{1}}fase, limites de grão e limites de fase. Quando submetido a tensões de sobrecarga (excedendo o limite de escoamento), desenvolvem-se concentrações de tensões nessas regiões locais, causando deformação plástica. À medida que a deformação progride, formam-se microvazios nessas descontinuidades ou interfaces. À medida que a tensão continua a aumentar, os microvazios crescem e coalescem, eventualmente conectando-se para formar microfissuras. Sob tensão contínua, essas microfissuras expandem-se lentamente até atingirem um tamanho crítico, levando à fratura. Esses microvazios são chamados decovinhas dúcteis(oupoços de plástico). A morfologia típica das covinhas dúcteis observadas em MEV é mostrada na figura abaixo, onde partículas ou inclusões de segunda-fase também podem ser vistas na parte inferior das covinhas.
Sob diferentes estados de tensão, a morfologia decovinhas dúcteisem uma fratura dúctil também varia. Geralmente, eles podem ser classificados em três tipos:covinhas equiaxiais(sob tensão de tração),covinhas lacrimais(sob tensão de ruptura, Modo I), ecovinhas de cisalhamento(sob tensão de cisalhamento, Modo II e Modo III).
Na análise prática da morfologia da fratura, observa-se frequentemente que todos os três tipos decovinha dúctilmorfologias podem aparecer. Isto geralmente se deve ao complexo estado de tensão experimentado pelo material ou, sob condições de tensão simples, à medida que a trinca se propaga, ocorrem mudanças de tensão locais, resultando em diferenças na morfologia das cavidades.
Além disso, não podemos simplesmente determinar que uma fratura édúctilcom base na presença de numerosas covinhas na área local da fratura. As covinhas dúcteis não são uma condição necessária e suficiente parafratura dúctil, porque em situações reais, muitosfraturas mistaspodem ocorrer, comofraturas quase{0}}de clivagem. Portanto, ainda é necessário combinar análises macroscópicas e microscópicas para determinar o tipo de fratura, compreender o mecanismo de falha, identificar a causa raiz da falha por fratura e propor sugestões para melhorar o material, o design dos componentes, os processos de fabricação e os ambientes de uso.
Sob quais condições é mais provável que ocorra fratura dúctil? Qualquer fator que aumenteductilidade(reduzfragilidade) promoverá a ocorrência de fratura dúctil. Os pontos a seguir resumem os fatores-chave:
Microestrutura superior:Diferentes microestruturas podem levar a diferentes fraturas nas mesmas condições. Por exemplo, a martensita temperada tem melhor ductilidade, enquanto a perlita + ferrita tem ductilidade relativamente menor. O primeiro tem maior probabilidade de sofrer fratura dúctil.
Estrutura-refinada:Geralmente, quanto mais finos os grãos, melhor será a ductilidade. Além disso, os defeitos em estruturas-de granulação fina costumam ser menores, portanto, é necessária uma tensão maior para a fratura.
Inclusões resistentes ou partículas de segunda{0}}fase:Inclusões resistentes ou partículas de segunda{0}}fase geralmente não reduzem a ductilidade do material. Às vezes, uma segunda fase plástica pode até melhorar a ductilidade do material. Como mostrado no diagrama abaixo, ocovinhas dúcteiscontém uma quantidade significativa de inclusões de sulfeto Tipo A, mas o material ainda exibefratura por sobrecarga dúctil.
Matérias-primas puras:Melhorar a pureza do material, como prestar atenção à introdução de elementos de impureza externa durante a fabricação do aço, reduzir impurezas prejudiciais no material e minimizar a possibilidade defragilidade intergranulareinclusões frágeis de segunda-fase.
Bom projeto estrutural:Evitar concentrações de tensões, como reduzir cantos vivos, entalhes, etc., e projetar uma estrutura que garanta distribuição uniforme de carga.
Bom ambiente operacional (temperatura, condições médias, etc.):Minimizar a exposição a meios corrosivos e ambientes de baixa-temperatura. Se tais condições forem necessárias, a sensibilidade ambiental deverá ser considerada ao projetar o material.
Parafratura dúctil, em aplicações práticas, permite deformações significativas sem fratura repentina. Portanto, nesta perspectiva, em comparação comfratura frágil, a fratura dúctil é um modo de fratura mais aceitável. No entanto, se os processos de concepção, produção e utilização dos materiais forem devidamente controlados em cada fase, podem ser evitados incidentes de fracturas desnecessários, reduzindo as perdas de propriedade tanto para as empresas como para as nações.