Tensão residual

Por definição, tensões residuais são as tensões elásticas existentes em um corpo sem a existência de carregamentos externos ou gradientes de temperatura. Todo sistema de tensões residuais está em equilíbrio e o somatório das forças resultantes e dos momentos produzidos é zero. Assim, plotando-se uma curva das tensões trativas e compressivas presentes no material, a soma das áreas abaixo da curva será zero.^[1].

Na prática, a determinação destas curvas é complexa, pois o estado de tensões apresentado no material é tridimensional. O valor máximo em módulo que as tensões residuais poderão chegar é o próprio limite de escoamento do material. Valores de tensões acima do limite de escoamento do material irão ocasionar uma deformação plástica do material, havendo assim, uma redistribuição das tensões residuais.^[2] De forma geral, as tensões residuais têm caráter elástico e estas tensões se sobrepõem à tensão de serviço. Quando um componente com tensões trativas na superfície sofre carregamento de tração, este material será sobrecarregado localmente pelas tensões residuais trativas existentes na superfície do componente. O inverso ocorre quando um componente com tensões residuais compressivas na superfície sofre carregamento trativo, as tensões residuais compressivas irão subtrair as tensões trativas aumentando o desempenho deste componente em serviço.^[3]

Aplicações

As tensões residuais são produzidas no material e nos componentes mecânicos durante a fabricação em vários processos, e todos os processos de manufatura irão introduzir tensões residuais no componente fabricado. As origens das tensões residuais são relacionadas a processos químicos, térmicos ou mecânicos:^[4]

• Deformação plástica: forjamento, laminação, extrusão, shot-peening, dentre outros. Ocorre principalmente onde há deformação plástica não uniforme no material.
• Durante processos de fabricação: usinagem, soldagem, eletrodeposição, dentre outros.
• Durante tratamentos térmicos, termoquímicos ou ciclos térmicos: nitretação, PVD, CVD, cementação, têmpera, fundição, dentre outros. Ocorre principalmente onde existe variação de temperatura não uniforme na peça durante um ciclo de aquecimento e resfriamento ou variações de composição química na peça.

Todos os processos mecânicos de fabricação que envolve deformação plástica não uniforme, gradientes térmicos e/ou transformações de fase, produzirão um componente com tensões residuais, seja ela elevada ou não. Estas tensões residuais afetarão diretamente as propriedades do material em relação à resistência a fadiga, resistência a corrosão, resistência a ruptura.^[5]

Referências

1. Lu, J. and Society for Experimental Mechanics (U.S.), Handbook of measurement of residual stresses1996, Lilburn, GA Upper Saddle River, NJ: Fairmont Press ; Distributed by Prentice Hall PTR. xv, 238 p.
2. Lodini, A. “Analysis of Residual Stress by Diffraction using Neutron and Synchrotron Radiation”. Taylor & Francis, 2003, p-48. http://dx.doi.org/10.1201/9780203608999
3. Noyan, I.C.; Cohen, J.B. “Residual Stress - Measurement by Diffraction and Interpretation”. New York: Springer-Verlag, 1987, p-276
4. Lu, J. “Prestress Engineering of Structural Material: A Global Design Approach to the Residual Stress problem”. Handbook of Residual Stress and Deformation of Steel. ASM International, Ohio, 2002, p11.
5. Nunes, R. M.; Estudo de distorção de barras cilíndricas de aço ABNT 1045 em uma rota de fabricação envolvendo trefilação combinada e têmpera por indução. Tese (Doutorado) -- Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Escola de Engenharia, Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Minas, Metalúrgica e de Materiais, Porto Alegre, BR-RS, 2012.219p.