Para um componente com fissura inicial de tamanho a0, quando submetido a cargas estáticas, desde que a tensão de trabalho (σ) seja menor que a tensão crítica (σc), o componente funcionará de forma segura e confiável sob o nível de tensão estática. A falha frágil só ocorrerá quando σ=σc ou K1=K1c.
No entanto, se o componente sofrer tensão alternada com um valor de σ<σc, a fissura inicial a0 aumentará gradualmente de tamanho sob a influência da tensão alternada. Quando atingir o tamanho crítico de a=ac, o componente ficará instável e danificado.
O processo do tamanho inicial da trinca a0 crescendo até o tamanho crítico ac é referido como crescimento subcrítico da trinca por fadiga ou estágio de vida residual da macro trinca a0, conforme representado na Figura 1.
Figura 1
A vida total à fadiga (N) de um material consiste em dois estágios: a vida de iniciação (Ni) e a vida de propagação (Np) desde o crescimento da trinca até a fratura.
O processo de fratura por fadiga é complexo e influenciado por muitos fatores, mas geralmente pode ser dividido em quatro estágios com base no desenvolvimento de trincas:
N = Neu +Np
1. Estágio de nucleação de crack
Quando um componente é submetido a cargas alternadas e não apresenta trincas ou defeitos, mesmo que a tensão nominal esteja abaixo do limite de escoamento do material, a superfície do componente ainda pode sofrer deslizamento em áreas localizadas devido ao material irregular.
Isso ocorre porque a superfície do componente está em estado de tensão plana, tornando-o suscetível ao deslizamento sem qualquer deformação plástica. Com o tempo, repetidos processos de deslizamento cíclicos resultam na formação de bandas de extrusão e deslizamento de metal, criando o núcleo para microfissuras.
2. Estágio de propagação de microfissuras
Uma vez formado o núcleo da trinca, a microfissura se propaga ao longo da superfície de deslizamento de 45° sob a influência da tensão principal.
Nesta fase, a profundidade da fissura na superfície é muito rasa, apenas cerca de dez mícrons, e há muitas fissuras ao longo da banda de deslizamento, conforme ilustrado na Figura 2.
Este é o estágio inicial do crescimento da fissura.
3. Estágio macro de crescimento de fissuras
Esta fase marca a transição de microfissuras para macrofissuras.
A taxa de crescimento da fissura aumenta e a direção do crescimento é perpendicular à tensão de tração, com o crescimento de uma única fissura.
É geralmente aceito que o comprimento da trinca na faixa de 0,01 mm a ac representa o estágio de crescimento da macrofissura, também conhecido como o segundo estágio de crescimento da trinca.
4. Estágio final da fratura
Uma vez que o tamanho da trinca atinja o tamanho crítico ac, a propagação da instabilidade ocorrerá e a fratura ocorrerá rapidamente.
Este é um processo típico de fratura por fadiga para componentes com superfícies lisas e sem trincas iniciais.
Para materiais de alta resistência, devido ao seu alto limite de escoamento, alta sensibilidade a entalhes e à presença de inclusões internas e partículas duras, as trincas geralmente se formam diretamente nos pontos de concentração de macrotensão e a primeira trinca ao longo das inclusões e da interface da matriz, iniciando a estabilidade. estágio de crescimento de macrofissuras em vez do estágio de crescimento de microfissuras inclinado.
A fase de crescimento da macrofissura é a fase mais significativa para a análise da fadiga do ponto de vista da mecânica da fratura.
