O ABC da soldadura por arco

Deformação e ruptura por extensão

Quando um espécime de metal mantem um determinado esforço em alta temperatura, a deformação plástica começa a ocorrer, que, com o tempo, conduz à fractura - mesmo se o esforço seja inferior à tensão de ruptura do metal. Este fenômeno é chamado “deformação”.

A deformação pode ocorrer quando a temperatura aumenta sob um determinado nível de estresse. Conseqüentemente, a resistência de deformação é uma das qualidades importantes das estruturas de aço resistentes ao calor, tais como as caldeiras industriais que são operadas em altas temperaturas por longos períodos de tempo. Tais materiais resistentes ao calor incluem os aços Cr-Mo, os aços inoxidáveis e as superligas.

Quando um espécime de metal é mantido sob um esforço constante à temperatura constante, o espécime deforma-se, mostrando uma curva de tensão ou uma “curva de deformação” ao longo do tempo, segundo as indicações da Figura 1. As propriedades de deformação de um metal podem ser obtidas pelo “ensaio de deformação” ou pelo “ensaio de ruptura por extensão”. No ensaio de deformação, a taxa de deformação é determinada continuamente medindo a tensão elástica de um espécime nas condições de esforço e temperatura constantes. Os métodos de ensaio de deformação são especificados em padrões nacionais, tais como ASTM E139 e JIS Z 2271. No ensaio da ruptura por extensão, o tempo necessário para que a ruptura por extensão ocorra quando um espécime estiver mantido sob um esforço e uma temperatura constantes revela a força da ruptura por extensão. Os métodos de ensaio de ruptura por extensão são também especificados claramente, por exemplo em ASTM E139 e JIS Z 2272. Geralmente, o ensaio de ruptura por extensão é realizado frequentemente, e os resultados da análise são amplamente utilizados como dados básicos para projetar estruturas capazes para resistir as temperaturas elevadas.

Figura 1: Curva de deformação (esforço e temperatura constantes)

Os diagramas de esforço com relação ao tempo de ruptura obtido com o ensaio de ruptura por extensão mostram linhas rectas ou linhas quebradas, segundo as indicações da Figura 2. Com este diagrama, a força de ruptura por extensão no tempo específicado pode ser determinada. Além da força, o ensaio de ruptura por extensão fornece a informação do alongamento, da redução de área e do carácter das fracturas; conseqüentemente, é possível comparar os materiais diferentes em termos de suas propriedades de deformação.

Figura 2: Diagramas típicos de esforço ao tempo de ruptura no ensaio de ruptura por extensão do metal de solda 2.25Cr-1Mo.

As propriedades de deformação dos materiais podem ser afectadas pelos factores, tais como composição quimica, método de produção, tratamento térmico, microestrutura e tamanho de grão de cristal. Segundo as indicações da Figura 3, a força de deformação dos materiais pode ser influenciada pelo tipo e pela quantidade de elemento de liga, com “Mo” como um dos elementos mais eficazes que melhoram a força de deformação. Ao avaliar as propriedades de deformação dos aços e metais de solda, as diferenças na estrutura metalúrgica, na química, no processo de produção e no ciclo térmico devem ser examinados completamente.

Recentemente, as temperaturas de operação e as pressões do equipamento resistente ao calor tendem a ser mais altas para melhorar a eficiência de produção. Para manter essa tendência, os consumíveis de solda foram melhorados também para fornecer as suficientes propriedades de deformação de temperatura elevada equivalentes àquelas dos materiais de aço avançados.

Figura 3: Força de deformação contra elemento de liga para ferro puro.

Referência: Exposição de termos de soldadura, SWS, 1999

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