8- Fadiga

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GRUPO DE ESTUDOS SOBRE FRATURA DE MATERIAIS 
DEMET/EM/UFOP
ENSAIOS DE FADIGA
ENSAIOS MECÂNICOS 
DE MATERIAIS
Ensaio de fadiga
Ensaios de Fadiga : objetivo
Os ensaios de fadiga têm por objetivo a
determinação da vida do material submetido a
carregamento cíclico.
Abordagens:
a) Ensaio com carga constante;
b) Ensaio com deformação constante;
c) Ensaio de propagação de trinca. 
Filosofia de 
projeto
Metodologia de 
projeto
Tipo de 
ensaio
Vida-segurança, 
vida-infinita
Tensão-Vida S-N
Vida-segurança, 
vida-finita
Deformação-Vida ε-N
Tolerância de 
danos
Mecânica de Fratura da/dN-ΔK
Ensaios de fadiga : nomenclatura utilizada 
2
minmax  m
minmax  
2



a
max
min


R
Ntotal = Ni + Np
Ensaios de fadiga : tipos
de carregamento
Ensaios de fadiga : simulação no laboratório das etapas
de trincamento
Ensaios de fadiga : equipamentos GESFRAM
 
Aplicação da carga 
Motor Contador 
de ciclos 
Garras para o CP 
CP 
Ensaio de fadiga - CDTN/CNEN
 
Aplicação da carga 
Motor Contador 
de ciclos 
Garras para o CP 
CP 
Ensaios de fadiga : abordagem pela curva de Wöhler 
fa NDC log  Bfa NA
ASTM E 466-96
Standard Practice for Conducting Force Controlled Constant 
Amplitude Axial Fatigue Tests of Metallic Materials
Objetivo:
Esta norma tem por objetivo a realização de ensaios de
fadiga com controle de carga em materiais metálicos, na
temperatura ambiente e no ar, no regime de fadiga onde as
deformações são predominantemente elásticas.
ASTM E 466-96
Standard Practice for Conducting Force Controlled Constant 
Amplitude Axial Fatigue Tests of Metallic Materials
Projeto dos corpos-de-prova
5,08mm < D < 25,4mm
R > 8 D
L = 2 a 3 D
R > 8 W
2 < W/T < 6
L = 2 a 3 W
ASTM E 466-96
Standard Practice for Conducting Force Controlled Constant 
Amplitude Axial Fatigue Tests of Metallic Materials
Projeto dos corpos-de-prova
R > 8 D
L > 3 D
R > 8 W
2 < W/T < 6
L = 2 a 3 W
ASTM E 466-96
Standard Practice for Conducting Force Controlled Constant 
Amplitude Axial Fatigue Tests of Metallic Materials
Projeto dos corpos-de-prova
ASTM E 468-90 (reaprovado em 1998)
Standard Practice for Presentation of Constant 
Amplitude Fatigue Tests Results for Metallic Materials
Objetivo:
Esta norma estabelece informações mínimas desejáveis entre o
executor dos ensaios de fadiga e o cliente.
Informações:
a) Propriedades mecânicas do material.
b) Metalografia.
c) Características dos corpos-de-prova.
d) Características do ensaio de fadiga.
e) Resultados obtidos no ensaio de fadiga.
ASTM E 468-90 (reaprovado em 1998)
Standard Practice for Presentation of Constant 
Amplitude Fatigue Tests Results for Metallic Materials
Exemplo de apresentação de resultados
ASTM E 468-90 (reaprovado em 1998)
Standard Practice for Presentation of Constant Amplitude Fatigue 
Tests Results for Metallic Materials
Exemplo de apresentação de resultados
ASTM E 468-90 (reaprovado em 1998)
Standard Practice for Presentation of Constant Amplitude Fatigue 
Tests Results for Metallic Materials
Exemplo de apresentação de resultados
ASTM E 468-90 (reaprovado em 1998)
Standard Practice for Presentation of Constant Amplitude Fatigue 
Tests Results for Metallic Materials
Exemplo de apresentação de resultados
ASTM E 468-90 (reaprovado em 1998)
Standard Practice for Presentation of Constant 
Amplitude Fatigue Tests Results for Metallic Materials
Exemplo de corpo-de-prova
Fadiga
Corpos-de-Prova
Determinação da curva de fadiga e do limite de fadiga:
proposta da Japan Society of Mechanical Engineers – 1981.
Determinação do limite de fadiga:
Método “staircase” ou “up-and-down”.
Aço AISI/SAE 4340 –
Aplicação: eixo de spindle de 
laminador.
Aço AISI/SAE 4340 – Efeito de entalhe. Aplicação: eixo de spindle de laminador.
10
3
10
4
10
5
10
6
10
7
10
8
0
200
400
600
800
1000
1200
 m
ax
 (
M
P
a)
N
F
 (ciclos)
 sem entalhe
 entalhe em U
 entalhe em V
Curvas S x N para aços inoxidáveis. Aplicação: tanque de combustível de automóveis.
10
5
10
6
10
7
200
400
600
 Aço Pb L
 Aço Al L
 Aço 439 L
 Aço 304 L
Te
ns
ão
 m
áx
im
a 
(M
P
a)
N
f
 (ciclos)
10
4
10
5
10
6
10
7
10
8
250
300
350
400
450
500
S
m
áx
 (
M
P
a)
N
f
 (ciclos)
 409A
 430E
 439A
 441A
 F17T
Curvas S x N para aços inoxidáveis. Aplicação: sistema de escapamento de automóveis
log (Nf) = A - B log (Smáx - C)
Ensaios de fadiga-corrosão.
 
300
320
340
360
380
400
420
440
460
100000 1000000 10000000
Nf (cycles)
 m
ax
 (M
Pa
)
16Cr4Nb_AF 16Cr4Nb_CF 16Cr5Ti_AF 16Cr5Ti_CF
17Cr2Ti2Nb_AF 17Cr2Ti2Nb_CF 18Cr1Ti6Nb_AF 18Cr1Ti6Nb_CF
Degradação por fadiga-corrosão de aços inoxidáveis ferríticos.
Ensaios de fadiga térmica.
Témpérature x Temps - Nuance 441A 
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
1000
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200 1300 1400 1500 1600
Temps (s)
Té
mp
éra
tur
e (
oC
) Effort x Témpérature _ Nuance 441A (pendant 7 cycles)
-10
-8
-6
-4
-2
0
2
4
6
8
10
12
0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600 650 700 750 800 850 900 950
Témpérature
Ef
for
t (d
aN
)
0
5
10
15
20
0 2000 4000 6000 8000 10000 12000
Numero de ciclos
Força em 250
o
C
(daN)
ciclo 6443 ciclo 6088
ciclo 4623 ciclo 3500
ciclo 1701
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000
Numero de ciclos
Força em 250°C
(daN)
ciclo 9360 ciclo 10707
ciclo 6000 ciclo 3500
ciclo 1700
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000
Numero de ciclos
Força em 250°C
(daN)
ciclo 1700 ciclo 850
ciclo 4285 ciclo 4321
ciclo 3500
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000
Numero de ciclos
Força em 250°C
 (daN)
ciclo 7718 ciclo 7201
ciclo 6000 ciclo 3500
ciclo 1700
16Cr4Nb 16Cr5Ti
17Cr2Ti2Nb
18Cr1Ti6Nb
10
3
10
4
10
5
10
6
10
7
10
8
400
500
600
700
800
900
1000
1100
1200
Aço AISI-4140
R = 0,3
2
1
1
1
Equação de melhor adjuste:
Log N = 13,92 - 3,42 Log (S
máx
 - 486)
 
 
Te
ns
ão
 M
áx
im
a,
 S
 m
áx
, [
 M
P
a 
]
Vida em Fadiga, [ N ]
Aço AISI/SAE 4140. Aplicação: parafusos de bomba de mineroduto.
Aço AISI/SAE 4140 – efeito de têmpera e revenido. Aplicação: parafusos de bomba de mineroduto.
10
2
10
3
10
4
10
5
10
6
10
7
10
8
40
50
60
70
80
90
100
P
m
ax
 (
 %
 P
LR
 )
N
f
 (ciclos)
 4140 tt1
 4140 tt2
 4140 tt3
 4140 tt1 c/e
 4140 tt4
Vida em fadiga de aço C-Mn, de aço C-Mn-Nb e de aço bainítico. Aplicação: roda de automóvel.
10
5
10
6
10
7
200
300
400
500
600
700

m
ax
 (
M
P
a)
N
f
 (ciclos)
 Bainítico
 C-Mn-Nb
 C-Mn
10
3
10
4
10
5
10
6
10
7
10
8
10
9
400
450
500
550
600
Vida infinita

LR

LR
2
1
3
5
2
5

m
áx
 (
M
P
a)
N
f
 (ciclos)
 Cr entrega
 Si entrega
Vida em fadiga de aços bifásicos ao Cr e ao Si. Aplicação: roda de automóvel.
Ensaios de fadiga : abordagem pelas curvas de
Coffin/Manson
    
    t e p f f b f f cE N N2 2 2 2 2   
ASTM E 606-92 (reaprovada em 1998) Standard Practice for 
Strain-Controlled Fatigue Testing
Objetivo:
Esta norma tem por objetivo a realização de ensaios de
fadiga com controle de deformação em materiais metálicos,
na temperatura ambiente e no ar.
ASTM E 606-92 (reaprovada em 1998) Standard Practice for 
Strain-Controlled Fatigue Testing
Projeto dos corpos-de-prova
ASTM E 606-92 (reaprovada em 1998) Standard Practice for 
Strain-Controlled Fatigue Testing
Projeto dos corpos-de-prova
ASTM E 606-92 (reaprovada em 1998) Standard Practice for 
Strain-Controlled Fatigue Testing
Projeto das garras
ASTM E 606-92 (reaprovada em 1998) Standard Practice for 
Strain-Controlled Fatigue Testing
Projeto do extensômetro
Ensaios de fadiga : abordagem
pelas curvas de
Coffin/Manson
Ensaios de fadiga : aplicação da Mecânica de Fratura
 
da
dN
C K
m
 1
1
1 10
1E-8
1E-7
1E-6
1E-5
1E-4
1E-3
0,01
da
/d
N
 (
m
m
/c
ic
lo
)
K (MPa.m
1/2
)
 Aço USISAC-50
 Al-7475 T7351
 Aço PH 13-8-Mo
 Inconel 600
 Aço dual-phase Cr
 Aço inox 444
 Al-2024 T351
ASTM E 647-00
Standard Test Method for Measurement of 
Fatigue Crack Growth Rates
Projeto dos corpos-de-prova
ASTM E 647-00
Standard Test Method for Measurement of 
Fatigue Crack Growth Rates
Projeto dos corpos-de-prova
C(T)
ASTM E 647-00
Standard Test Method for Measurement of 
Fatigue Crack Growth Rates
Projeto das garras, para C(T)
ASTM E 647-00
Standard Test Method for Measurement of 
Fatigue Crack Growth Rates
Projeto dos corpos-de-prova
M(T)
ASTM E 647-00
Standard Test Method for Measurement of 
Fatigue Crack Growth Rates
Projeto de garras
M(T)
Determinação da carga máxima de ciclagem, a partir do tamanho
de trinca inicial e final do ensaio de fadiga.
ASTM E 647-00
Standard Test Method for Measurement of 
Fatigue Crack Growth Rates
Corpo de prova C(T) 
com clip on gage.
Gráfico carga aplicada versus COD. Note a 
mudança de inclinação da reta, à medida 
que aumenta o número de ciclos.
Intervalos de determinação do tamanho de trinca
ASTM E 647-00
Standard Test Method for Measurement of 
Fatigue Crack Growth Rates
C(T)
M(T)
Relação entre flexibilidade elástica
(compliance) e tamanho de trinca,
para um corpo-de-prova C(T).
Cálculo do comprimento de trinca pelo método da compliance, C(T)
ASTM E 647-00: Standard Test Method for Measurement of 
Fatigue Crack Growth Rates
Cálculo da velocidade da trinca e da força motriz; C(T); (a/W) > 0,2
ii
ii
NN
aa
dN
da





1
1
 
 
 
W
af
W
a
W
a
WB
P
K









2
3
1
2
         432 6,572,1432,1364,4886,0
W
a
W
a
W
a
W
a
W
af 
  00 exp aaCKK nn 
ASTM E 647-00
Standard Test Method for Measurement of 
Fatigue Crack Growth Rates
Cálculo da velocidade da força motriz; M(T)
ASTM E 647-00
Standard Test Method for Measurement of 
Fatigue Crack Growth Rates
Fadiga
Corpos de Prova
Ensaios de fadiga : aço inoxidável AISI-439 
4,0x10
6
6,0x10
6
8,0x10
6
1,0x10
7
1,2x10
7
22
23
24
25
26
27
28
a 
(m
m
)
N (ciclos)
 Aço AISI/SAE 439
 Região I
16400000 16500000 16600000
28
30
32
34
36
38
a 
(m
m
)
N (ciclos)
 Aço AISI/SAE 439
 Regiões II e III
10 100
1E-7
1E-6
1E-5
1E-4
1E-3
0,01
Região III de 
propagação de trinca
Região II de 
propagação de trinca
Região I de 
propagação de trinca
da
/d
N
 (m
m
/c
ic
lo
)
K (MPa.m
1/2
)
 Aço AISI/SAE 439
10 100
1E-8
1E-7
1E-6
1E-5
1E-4
1E-3
0,01
0,1
 DP-Cr TL R=0.1
 DP-Cr TL R=0.3
 DP-Cr TL R=0.6
da
/d
N
 (m
m
/c
yc
le
)
K (MPa.m
1/2
)
Ensaio de propagação de trinca de fadiga em 
um aço bifásico. Aplicação: rodas de 
automóveis.
 
da
dN
f K





  
0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0
4
6
8
10
12
 DP-Cr TL
K
th
 (M
P
a.
m
1/
2 )
R
Ensaio de propagação de trinca de 
fadiga em aços bifásicos. Efeito de 
pré-deformação e de tratamento 
térmico BH. Aplicação: rodas de 
automóveis.
Ensaio de propagação de trinca de fadiga em ligas de alumínio. Aplicação: indústria aeronáutica.
Ensaio de propagação de trinca de fadiga em 
liga de alumínio. Efeito de estiramento e shot 
peening. Aplicação: indústria aeronáutica.
Ensaio de propagação de trinca de fadiga em superliga de níquel. Aplicação: indústria nuclear.
Aplicação de alguns modelos empíricos de previsão da propagação de trinca de fadiga numa 
liga de alumínio Al-7475. Aplicação aeronáutica.
1 10 100
1E-7
1E-6
1E-5
1E-4
1E-3
0,01
0,1
1
da
/d
N
 (
m
m
/c
ic
lo
s)
K (MPa.m
1/2
)