A resistência à fadiga de materiais metálicos é muito sensível a vários fatores externos e internos. Fatores externos incluem a forma e tamanho da peça, acabamento superficial e condições de serviço, enquanto fatores internos incluem a composição do próprio material, estado organizacional, pureza e tensão residual. Mudanças sutis desses fatores causarão flutuações ou mesmo grandes mudanças nas propriedades de fadiga dos materiais.

A influência de vários fatores na resistência à fadiga é um aspecto importante da pesquisa em fadiga. Esta pesquisa fornecerá uma base para o projeto estrutural razoável de peças, a seleção correta de materiais e a formulação racional de vários processos de usinagem a frio e a quente, de modo a garantir o alto desempenho à fadiga das peças.

efeito sobre a fadiga de concentração de estresse

A resistência à fadiga convencional é medida por amostras lisas cuidadosamente usinadas. No entanto, as peças mecânicas reais inevitavelmente têm diferentes formas de entalhes, como degraus, chavetas, roscas e orifícios de óleo. A existência desses entalhes causa concentração de tensão, de modo que a tensão real máxima na raiz do entalhe é muito maior do que a tensão nominal suportada pela peça, e a falha por fadiga da peça geralmente começa a partir daqui.

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Influência do fator de tamanho

Devido à não homogeneidade da estrutura do material e à existência de defeitos internos, o aumento do tamanho aumentará a probabilidade de falha do material, reduzindo assim o limite de fadiga do material. A existência de efeito de tamanho é um problema importante na aplicação dos dados de fadiga medidos por pequenas amostras no laboratório para peças reais de grande escala. Como é impossível reproduzir a concentração de tensão e o gradiente de tensão nas peças de tamanho real nas pequenas amostras, os resultados do laboratório são desconectados da falha por fadiga de algumas peças específicas.

Influência na fadiga do estado de processamento da superfície

Sempre há marcas de usinagem irregulares na superfície usinada, que equivalem a pequenos entalhes, causando concentração de tensões na superfície do material, reduzindo assim a resistência à fadiga do material. O teste mostra que para aço e liga de alumínio, o limite de fadiga da usinagem de desbaste (torneamento de desbaste) é reduzido em 10% – 20% ou mais do que o de polimento fino longitudinal. Quanto maior a resistência do material, mais sensível ele é ao acabamento da superfície.

Efeito da composição química

Existe uma estreita relação entre a resistência à fadiga e a resistência à tração dos materiais sob certas condições. Portanto, sob certas condições, qualquer elemento de liga que possa melhorar a resistência à tração pode melhorar a resistência à fadiga dos materiais. Comparativamente falando, o carbono é o fator mais importante que afeta a resistência dos materiais. No entanto, alguns elementos de impureza que formam inclusões no aço têm efeitos adversos na resistência à fadiga.

Efeito na fadiga do tratamento térmico e microestrutura

Diferentes condições de tratamento térmico resultarão em diferentes microestruturas. Portanto, o efeito do tratamento térmico na resistência à fadiga é essencialmente o efeito da microestrutura. Embora a mesma resistência estática possa ser obtida para materiais com a mesma composição devido a diferentes tratamentos térmicos, a resistência à fadiga pode variar em uma faixa considerável devido a diferentes estruturas.

No mesmo nível de resistência, a resistência à fadiga da perlita em flocos é obviamente menor que a da perlita granular. Quanto mais finas as partículas de cementita, maior a resistência à fadiga.

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Efeito das inclusões

A própria inclusão ou os furos por ela gerados equivalem a minúsculos entalhes, que produzirão concentração de tensões e concentração de deformações sob a ação de cargas alternadas, e se tornarão a fonte de trincas de fratura por fadiga, causando efeitos adversos nas propriedades de fadiga dos materiais. A influência das inclusões na resistência à fadiga depende não apenas do tipo, natureza, forma, tamanho, quantidade e distribuição das inclusões, mas também do nível de resistência dos materiais, do nível e do estado da tensão aplicada.

Diferentes tipos de inclusões têm diferentes propriedades mecânicas e físicas, diferentes propriedades do metal base e diferentes efeitos nas propriedades de fadiga. De um modo geral, inclusões plásticas (como sulfetos) que são fáceis de deformar têm pouco efeito sobre as propriedades de fadiga do aço, enquanto inclusões frágeis (como óxidos, silicatos, etc.) causam grandes danos.

Inclusões com coeficiente de expansão maior que a matriz (como sulfeto) têm menos influência devido à tensão de compressão na matriz, enquanto inclusões com coeficiente de expansão menor que a matriz (como alumina) têm maior influência devido à tensão de tração na matriz.

A compacidade da inclusão e do metal base também afeta a resistência à fadiga. O sulfeto é fácil de deformar e se liga intimamente ao metal base, enquanto o óxido é fácil de separar do metal base, resultando em concentração de tensão. Portanto, do tipo de inclusões, o sulfeto tem pouco efeito, enquanto os óxidos, nitretos e silicatos são mais prejudiciais.

Efeito da mudança de propriedade da superfície e tensão residual

Além do acabamento superficial mencionado acima, a influência do estado da superfície também inclui a alteração das propriedades mecânicas da superfície e a influência da tensão residual na resistência à fadiga. A alteração das propriedades mecânicas da superfície pode ser causada pela diferença da composição química da superfície e estrutura, ou pelo reforço da deformação.

O tratamento térmico da superfície, como cementação, nitretação e carbonitretação, pode não apenas aumentar a resistência ao desgaste das peças, mas também melhorar a resistência à fadiga das peças, especialmente um meio eficaz de melhorar a fadiga da corrosão e a resistência à corrosão por mordedura.

A influência do tratamento térmico químico da superfície na resistência à fadiga depende principalmente do modo de carregamento, concentração de carbono e nitrogênio na camada cementada, dureza e gradiente da superfície, a relação entre a dureza da superfície e a dureza do núcleo, a profundidade da camada e o tamanho e distribuição da compressão residual. tensão formada pelo tratamento de superfície. Um grande número de testes mostra que, desde que o entalhe seja usinado primeiro e depois tratado por tratamento térmico químico, em geral, quanto mais nítido for o entalhe, mais a resistência à fadiga será melhorada.

O efeito do tratamento de superfície no desempenho à fadiga é diferente sob diferentes modos de carregamento. Sob carregamento axial, a tensão na camada superficial é a mesma que sob a camada porque não há distribuição desigual de tensão ao longo da profundidade da camada. Neste caso, o tratamento de superfície só pode melhorar o desempenho de fadiga da camada superficial. Como o material do núcleo não é reforçado, a melhoria da resistência à fadiga é limitada. Sob condições de flexão e torção, a distribuição de tensões é concentrada na camada superficial. A tensão residual formada pelo tratamento de superfície e esta tensão adicional são sobrepostas para reduzir a tensão real na superfície. Ao mesmo tempo, devido ao fortalecimento dos materiais de superfície, a resistência à fadiga sob condições de flexão e torção pode ser efetivamente melhorada.

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