A2 Fratura

Tópico

Uma fissura pré-existente neste metal, quando a tensão que atua sobre ela atinge um determinado limiar, deixa de crescer lenta e constantemente e começa a se propagar de forma instável, produzindo a fratura catastrófica da peça: essa propagação instável de uma fissura pré-existente é precisamente o que este modelo descreve como fratura. O fato de essa fissura pré-existente se propagar de forma instável, em vez de parar assim que começa a crescer, faz com que a fratura deste metal ocorra repentinamente, sem qualquer aviso prévio.

Este limiar de tensão no qual essa fissura pré-existente começa a se propagar de forma instável é a tensão de fratura frágil, e essa tensão de fratura frágil é determinada, em conjunto com as constantes elásticas deste metal — já estabelecidas em outro modelo deste conjunto — e a energia superficial liberada ao criar as duas novas superfícies da fissura, de acordo com o critério de Griffith. O fato de a energia superficial deste metal ser maior, ou de o tamanho dessa fissura pré-existente ser menor, significa que, de acordo com o critério de Griffith, a tensão de fratura frágil necessária para propagá-la de forma instável é maior.

Contudo, esse mesmo critério de Griffith subestima a tensão de fratura real desse metal, pois não considera que, na ponta dessa trinca preexistente, o próprio metal sofre deformação plástica antes da propagação da trinca, e que esse trabalho plástico também consome energia além da energia superficial. O critério de Griffith-Irwin estende o critério original de Griffith, adicionando esse trabalho plástico à energia superficial já considerada, para se aplicar a metais que exibem alguma plasticidade na ponta da trinca, em vez de fraturarem de maneira puramente frágil. O fato de esse trabalho plástico na ponta da trinca ser maior significa que, de acordo com esse critério de Griffith-Irwin estendido, a tensão de fratura necessária também é maior do que a prevista apenas pelo critério original de Griffith. Portanto, este modelo, com a trinca preexistente e a tensão de fratura frágil na qual ela se abriu, expressa o critério de falha por fratura de uma maneira equivalente, porém mais prática: a fratura ocorre no instante em que o fator de intensidade de tensão aplicado a essa trinca preexistente atinge a tenacidade à fratura desse metal, uma grandeza que resume, em um único parâmetro, tanto a energia superficial quanto o trabalho plástico considerados pelo critério de Griffith e sua extensão de Griffith-Irwin. O fato de essa mesma tenacidade à fratura poder ser estimada, de forma mais simples, porém menos direta, por outro modelo deste conjunto — o que descreve o ensaio de impacto Charpy nesse metal — torna esse ensaio uma correlação experimental prática dessa mesma propriedade. Além disso, o fato de a fragilização por hidrogênio reduzir a tenacidade à fratura efetiva desse metal, de acordo com um modelo diferente deste conjunto, significa que esse mesmo critério de falha por fratura é atendido com um fator de intensidade de tensão aplicado menor do que seria o caso sem essa fragilização.

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