Ensaio de fadiga: curva S-N, limite de fadiga, Goodman, Miner e normas

O ensaio de fadiga aplica uma carga cíclica controlada a um corpo de prova até a ruptura, ou até um número de ciclos definido (em geral 10⁷), para medir quantos ciclos o material aguenta em cada nível de tensão. O resultado é a curva S-N, ou curva de Wöhler, e dela sai o limite de fadiga (aços) ou a resistência à fadiga a um número de ciclos (alumínio e cobre). As normas base para metais são a ISO 1099:2017 e a ASTM E466-21 (carga axial), a ISO 1143:2021 (flexão rotativa) e a ASTM E606 (baixo ciclo, em controle de deformação).

A fadiga é a falha de eixos, molas, bielas, parafusos, soldas e implantes que rompem com tensões bem abaixo da resistência estática, depois de milhões de ciclos. Neste guia você encontra o mecanismo da trinca, os parâmetros do ciclo, os tipos de ensaio, a curva S-N, o procedimento, o efeito da tensão média, a correção do corpo de prova para a peça, a regra de Miner, o comportamento de cada família de materiais, exercícios resolvidos, uma calculadora e as normas em vigor.

Na foto, a superfície de fratura de um eixo de aço que falhou por fadiga. A trinca nasceu na borda e avançou devagar, deixando linhas curvas concêntricas ao redor da origem; a região rugosa do lado oposto é o que restou da seção quando ela já não aguentou a carga e rompeu de uma vez. Cada uma dessas regiões é explicada adiante.

O que é o ensaio de fadiga

Fadiga, em engenharia, é o dano progressivo e localizado causado por carga repetida: uma trinca nasce e cresce um pouco a cada ciclo, com tensões abaixo do limite de escoamento, até que a seção restante não aguenta e a peça rompe de repente. A ASTM E1823 reúne a terminologia de fadiga e fratura usada nas demais normas. A ISO 1099 descreve o ensaio axial em controle de força: a tensão nominal é a força dividida pela área da seção (S = F/A), e o objetivo é obter a relação entre a tensão aplicada e o número de ciclos até a falha.

O ensaio existe porque o ensaio de tração não prevê a fadiga. Um aço com 600 MPa de resistência à tração pode romper com amplitude de 300 MPa depois de um milhão de ciclos. A história começa com August Wöhler, que estudou a ruptura de eixos ferroviários na Alemanha entre 1852 e 1869 e deu nome à curva.

O ensaio responde a perguntas que nenhum ensaio estático responde: quantos ciclos o material aguenta em cada nível de carga, abaixo de que amplitude ele não rompe e onde a trinca começa. Com essas respostas se estima a vida em serviço, se comparam materiais, acabamentos e tratamentos, e se valida um componente antes de ele entrar em uso. Por isso o ensaio de fadiga, um dos ensaios mecânicos mais importantes para projeto, é rotina nos setores em que a carga se repete milhões de vezes: automotivo, aeronáutico, estruturas metálicas, eletrônica e dispositivos biomédicos, como próteses e implantes.

Nota: "fadiga" também é um termo de saúde (cansaço físico ou mental). Este artigo trata só da fadiga de materiais.

Como a trinca de fadiga nasce e cresce

A falha por fadiga passa por três etapas, e cada uma deixa uma marca própria na superfície de fratura:

1. Nucleação: a trinca nasce num ponto de concentração de tensão: a superfície, um entalhe, uma inclusão, um poro, o pé de um cordão de solda. Por isso o acabamento superficial pesa tanto na vida em fadiga.
2. Propagação estável: a trinca avança um pouco a cada ciclo. No regime intermediário a velocidade segue a lei de Paris, da/dN = C·(ΔK)^m, em que a é o comprimento da trinca, N o número de ciclos e ΔK a variação do fator de intensidade de tensão na ponta da trinca, com m entre 2 e 4 para muitos metais. A ASTM E647-24 mede essa curva em corpos de prova pré-trincados.
3. Fratura final: quando a seção restante não suporta a carga, a peça rompe por sobrecarga numa zona rugosa. Quanto maior essa zona em relação à área trincada, maior era a tensão nominal.

A fratura conta a história. As marcas de praia são linhas curvas concêntricas, visíveis a olho nu, que partem da origem e registram paradas ou mudanças de carga. As estrias são microscópicas, vistas no microscópio eletrônico, e em geral correspondem a um ciclo cada: uma marca de praia pode conter milhares de estrias. A análise da superfície de fratura, com preparo de amostra por metalografia, é o que confirma que uma peça falhou por fadiga.

Parâmetros do ciclo: amplitude, tensão média e razão R

Um ciclo de carga se descreve por poucas grandezas, e todas saem das tensões máxima e mínima. O gráfico abaixo mostra um ciclo senoidal que vai de 300 MPa de tração a 100 MPa de compressão: a tensão média fica em 100 MPa, a amplitude, que é a metade da oscilação, em 200 MPa, e a variação total em 400 MPa.

A tabela reúne as fórmulas de cada grandeza. Por convenção, tração é positiva e compressão, negativa:

Grandeza	Fórmula	Observação
Tensão máxima e mínima	σmáx = Fmáx/A0; σmín = Fmín/A0	compressão é negativa
Tensão média	σm = (σmáx + σmín) / 2	desloca o ciclo para cima ou para baixo
Amplitude	σa = (σmáx − σmín) / 2	é o eixo vertical da curva S-N
Variação	Δσ = σmáx − σmín = 2σa	usada na propagação de trinca
Razão de tensão	R = σmín / σmáx	R = −1 alternado; R = 0 pulsante; R = 0,1 comum em ensaio axial

A razão R resume a forma do ciclo num número. Com R = −1 o ciclo é alternado puro: a tensão vai do máximo de tração ao mesmo valor em compressão, e a média é zero. Com R = 0 ela pulsa entre zero e o máximo. Com R = 0,1 o corpo de prova fica sempre tracionado, entre 10 % e 100 % da força máxima. No ciclo do gráfico, R = −100 / 300 = −0,33.

Um resultado de fadiga sem o R não diz muito: a mesma amplitude com tensão média de tração dá vida menor. Por isso toda curva S-N informa o R (ou a tensão média) e o tipo de carga.

Tipos de ensaio de fadiga

O modo de aplicar a carga define o tipo de ensaio. No ensaio axial, a força cíclica age ao longo do eixo do corpo de prova e toda a seção útil recebe a mesma tensão. Na flexão rotativa, uma barra gira sob um momento fletor constante: cada ponto da superfície passa de tração a compressão a cada volta, e a tensão máxima fica na superfície. Os demais tipos atendem casos específicos: chapas fletidas nos dois sentidos, torção, controle de deformação para cargas altas, propagação de uma trinca já existente e ensaio da peça inteira. A tabela resume cada um:

Tipo	Como carrega	R típico	Norma
Axial (tração e compressão)	força cíclica no eixo do corpo de prova	−1, 0 ou 0,1	ISO 1099:2017; ASTM E466-21
Flexão rotativa	barra gira sob momento fletor constante; cada volta é um ciclo	−1	ISO 1143:2021
Flexão alternada plana	chapa fletida para um lado e para o outro	variável	conforme o produto
Torcional	torque cíclico	−1 comum	conforme o produto
Controle de deformação	extensômetro controla a deformação	−1 comum	ASTM E606-21; ISO 12106:2017
Propagação de trinca	corpo de prova pré-trincado	0,1 comum	ASTM E647-24
Componente	a peça real sob a carga de serviço	conforme a aplicação	ex.: ISO 14801:2016 (implante dentário)

A flexão rotativa, na máquina tipo R.R. Moore, é o ensaio em que se levantaram os limites de fadiga clássicos do aço, usados na estimativa da seção seguinte. O ensaio de implantes dentários da ISO 14801 é um exemplo de ensaio de componente: aplica carga a 30° de inclinação, senoidal entre o pico e 10 % dele (R = 0,1), até 15 Hz ao ar e no máximo 2 Hz em meio líquido, até 5×10⁶ ciclos.

Curva S-N (curva de Wöhler) e limite de fadiga

A curva S-N é o resultado principal do ensaio. Cada corpo de prova é ensaiado com uma amplitude constante até romper, e o par amplitude e número de ciclos vira um ponto do gráfico: a amplitude de tensão no eixo vertical e o número de ciclos até a falha no horizontal, em escala logarítmica, porque as vidas vão de mil a dezenas de milhões de ciclos. Quanto menor a amplitude, maior a vida. O gráfico abaixo compara os dois comportamentos possíveis: o aço, cuja curva fica horizontal a partir de cerca de um milhão de ciclos, e o alumínio 6061-T6, que continua caindo.

Essa diferença define as duas propriedades que o ensaio entrega. Limite de fadiga é a tensão abaixo da qual o material aguenta um número muito grande de ciclos: é o patamar horizontal que aparece em aços e ligas de titânio. Resistência à fadiga é a tensão que causa falha num número especificado de ciclos: é o dado de alumínio, cobre e magnésio, cuja curva nunca fica horizontal, e por isso sempre vem acompanhada do número de ciclos.

Para aço, em corpo de prova polido e flexão rotativa, estima-se o limite de fadiga S'_e ≈ 0,5·R_m, em que R_m é a resistência à tração, até R_m = 1.400 MPa, com teto de cerca de 700 MPa acima disso (Shigley). Os valores observados ficam entre 35 % e 60 % da resistência à tração.

No alto ciclo, o trecho inclinado da curva segue a equação de Basquin (1910):

σ_a = σ'_f · (2N_f)^b

em que σ'_f é o coeficiente de resistência à fadiga, 2N_f é o número de reversões até a falha (duas por ciclo) e o expoente b fica tipicamente entre −0,05 e −0,12. Na falta de ensaio, uma estimativa clássica de projeto liga dois pontos por uma reta no gráfico log-log: 0,9·R_m a 10³ ciclos e o limite de fadiga a 10⁶ ciclos.

A tabela reúne valores publicados. Nas ligas de titânio aparecem também resultados em corpo de prova entalhado; K_t é o fator teórico de concentração de tensão do entalhe, a razão entre a tensão no fundo do entalhe e a tensão nominal.

Material	Rm	Limite ou resistência à fadiga	Condição
Aço SAE 1045 trefilado	630 MPa	≈ 315 MPa (estimado 0,5·Rm)	flexão rotativa, 106 ciclos
Alumínio 6061-T6	≈ 310 MPa	96,5 MPa	5×108 ciclos, R = −1
Alumínio 7075-T6	n/d	159 MPa	5×108 ciclos, R = −1
Ti-6Al-4V recozido	950 MPa	510 MPa liso; 240 MPa entalhado (Kt = 3,3)	107 ciclos
Ti-6Al-4V solubilizado e envelhecido	1.170 MPa	700 MPa liso; 160 MPa entalhado (Kt = 3,3)	107 ciclos

Fontes: Shigley (aço), fichas ASM/MatWeb (alumínio e titânio). O titânio mostra um ponto importante: a condição mais resistente em corpo de prova liso (700 MPa) é a mais sensível ao entalhe (cai para 160 MPa). "Vida infinita" também é convenção de engenharia: pesquisas de altíssimo ciclo mostram falhas abaixo do limite entre 10⁸ e 10⁹ ciclos, a partir de inclusões abaixo da superfície.

Fadiga de baixo ciclo, alto ciclo e altíssimo ciclo

A curva S-N descreve bem as vidas longas, em que a tensão fica abaixo do escoamento e a deformação de cada ciclo é elástica. Com cargas mais altas, cada ciclo deforma o material plasticamente e a vida cai para milhares de ciclos: é a fadiga de baixo ciclo. Nesse regime a tensão varia pouco enquanto a deformação varia muito, por isso o ensaio controla a deformação, com extensômetro axial, e o resultado é a curva deformação-vida (ε-N), descrita pela relação de Coffin-Manson. A tabela compara os dois regimes:

Aspecto	Alto ciclo	Baixo ciclo
Vida	acima de cerca de 104 a 105 ciclos	abaixo de cerca de 105 ciclos (ASTM E606)
Deformação	predominantemente elástica	plástica a cada ciclo
Controle do ensaio	força	deformação, com extensômetro axial
Modelo	Basquin, curva S-N	Coffin-Manson, curva ε-N
Normas	ISO 1099:2017, ASTM E466-21, ISO 1143:2021	ASTM E606/E606M-21, ISO 12106:2017
Exemplos	eixos, molas, rodas, parafusos	vasos de pressão, turbinas em partida e parada, ciclos térmicos

Acima de 10⁸ a 10⁹ ciclos está a fadiga de altíssimo ciclo, estudada em máquinas ultrassônicas a cerca de 20 kHz. Esses são os três regimes de fadiga dos materiais.

Como é feito o ensaio de fadiga

O ensaio repete o mesmo procedimento em vários corpos de prova, cada um num nível de tensão, até montar a curva S-N. O resultado depende tanto do preparo do corpo de prova quanto da máquina, porque a trinca de fadiga nasce na superfície e em qualquer defeito.

Corpo de prova

A escolha do corpo de prova depende do material e do tipo de carga, e ele precisa representar as condições da peça real. Em metais, a geometria é a da norma do ensaio (ISO 1099 ou ASTM E466 no axial, ISO 1143 na flexão rotativa): seção circular ou retangular, seção útil polida e transição de raio grande para as cabeças, para a trinca não nascer num risco de usinagem ou num canto. Na flexão rotativa, ele pode ser cilíndrico, cônico ou em ampulheta. Polímeros, cerâmicas e compósitos pedem geometrias próprias de cada norma, e quando o que interessa é o produto, ensaia-se o próprio componente, como o implante da ISO 14801. A foto mostra corpos de prova de aço para fadiga axial: cabeças roscadas para a fixação, seção central em ampulheta polida a espelho e transição contínua, sem canto onde a trinca possa começar.

Passo a passo

1. Preparar e medir o corpo de prova: conferir o acabamento da seção útil, sem riscos, e medir a área A₀, que converte força em tensão.
2. Montagem: garras alinhadas. No ensaio axial, desalinhamento soma flexão e reduz a vida.
3. Carga: define-se a amplitude, a razão R, a forma de onda (em geral senoidal) e a frequência.
4. Critério de fim: ruptura, perda de uma porcentagem da rigidez ou da força, ou o número limite de ciclos (runout), por exemplo 10⁷.
5. Vários níveis: repete-se em vários níveis de tensão, com vários corpos de prova em cada um, e se traça a curva S-N.

O que se mede durante o ensaio

A célula de carga mede a força a cada ciclo, e o controlador corrige o acionamento para manter a amplitude programada; o contador registra os ciclos até o critério de fim. Quando a trinca cresce, a rigidez do corpo de prova cai, e essa queda serve de aviso ou de critério de parada. A deformação é medida com extensômetro fixado no corpo de prova, de contato (tipo clipe) ou elétrico colado na superfície (strain gauge). Ele é indispensável no controle de deformação e registra os laços de histerese, a curva tensão-deformação de cada ciclo, que mostram quanta energia o material dissipa e se ele endurece ou amolece com a repetição. Extensômetros ópticos, sem contato, servem para corpos de prova pequenos, quentes ou que não aceitam nada preso a eles. O deslocamento do atuador também é registrado, mas inclui as folgas da montagem e só dá uma medida indireta da deformação.

Dispersão, estatística e duração

A dispersão é grande, mesmo com controle rigoroso: pequenas diferenças de química, tratamento térmico e acabamento mudam a vida. A ISO 12107:2012 define o planejamento estatístico, e a curva publicada costuma ser a de 50 % de probabilidade de falha. Para achar o limite de fadiga usa-se o método escada (up-and-down, Dixon e Mood, 1948): se o corpo de prova falha antes de 10⁷ ciclos, o próximo vai um degrau abaixo; se sobrevive, um degrau acima.

O tempo é o grande custo do ensaio: 10⁷ ciclos a 100 Hz levam cerca de 28 horas por corpo de prova; os 5×10⁶ ciclos da ISO 14801 a 15 Hz levam quase 4 dias, e a 2 Hz em meio líquido, 29 dias. Aumentar a frequência encurta o ensaio, e em metais ao ar ela pouco altera o resultado; em polímeros e em meio corrosivo ela pesa, como mostra a seção sobre materiais, mais adiante.

Efeito da tensão média: Goodman, Gerber e Soderberg

Com tensão média de tração, a amplitude admissível cai, porque a parte de tração do ciclo, a que abre e faz avançar a trinca, fica maior. O diagrama de Haigh (amplitude × tensão média) liga o limite de fadiga S_e (o da peça, corrigido como mostra a seção seguinte), no eixo da amplitude, a uma resistência no eixo da tensão média: a resistência à tração R_m ou o limite de escoamento R_e. O fator de segurança n sai de um destes três critérios:

• Goodman: σ_a/S_e + σ_m/R_m = 1/n. Reta até a resistência à tração, o critério mais usado em projeto.
• Gerber: n·σ_a/S_e + (n·σ_m/R_m)² = 1. Parábola que acompanha melhor os dados de metais dúcteis.
• Soderberg: σ_a/S_e + σ_m/R_e = 1/n. Reta até o escoamento, a mais conservadora.

O diagrama abaixo mostra as três curvas lado a lado. Um ciclo é um ponto definido pela sua tensão média e pela sua amplitude: abaixo da curva escolhida ele é seguro, e quanto mais perto dela, menor o fator de segurança. A reta de Soderberg fica por dentro das outras, e a parábola de Gerber, por fora.

Tensão média de compressão tende a ajudar: é o princípio do jateamento com granalha (shot peening), que deixa tensão residual compressiva na superfície e atrasa a nucleação da trinca. A calculadora abaixo faz as contas para o seu ciclo.

Do corpo de prova à peça: fatores de Marin e entalhes

O limite de fadiga medido em corpo de prova polido, pequeno e em flexão rotativa (S'_e) é maior que o da peça real, que tem outro acabamento, outro tamanho e outro tipo de carga. A equação de Marin corrige o valor multiplicando-o por um fator para cada diferença:

S_e = k_a · k_b · k_c · k_d · k_e · S'_e

A tabela mostra o que cada fator corrige e os valores de referência:

Fator	Corrige	Valores (Shigley)
ka	acabamento superficial	ka = a·Rmb: retificado a = 1,58 e b = −0,085; usinado a = 4,51 e b = −0,265; laminado a quente a = 57,7 e b = −0,718; forjado a = 272 e b = −0,995
kb	tamanho	flexão ou torção: 1,24·d−0,107 (2,79 a 51 mm); axial: 1
kc	tipo de carga	flexão 1; axial 0,85; torção 0,59
kd	temperatura	depende do material
ke	confiabilidade	0,897 (90 %); 0,868 (95 %); 0,814 (99 %)

Para um aço com R_m = 630 MPa, o acabamento sozinho leva k_a a 0,92 (retificado), 0,82 (usinado), 0,56 (laminado a quente) e 0,45 (forjado). Entalhes entram pelo fator de fadiga K_f = 1 + q(K_t − 1), em que K_t é o fator teórico de concentração de tensão e q, a sensibilidade ao entalhe, entre 0 e 1: K_f é sempre menor ou igual a K_t.

Os fatores de Marin não esgotam o assunto. A composição química, a microestrutura, o tratamento térmico e os defeitos internos, como poros e inclusões, também mudam a vida em fadiga, e o ambiente pesa muito: em meio corrosivo a vida cai e o aço deixa de ter um patamar definido.

Dano acumulado: regra de Palmgren-Miner

Peças reais não trabalham com uma amplitude só. A regra de Miner (1945) soma a fração de vida consumida em cada nível:

D = Σ n_i / N_i, e a falha é prevista quando D = 1

onde n_i são os ciclos aplicados no nível i e N_i a vida nesse nível, tirada da curva S-N. É simples e muito usada, mas é linear e ignora a ordem: blocos de carga alta seguidos de baixa tendem a falhar com D menor que 1, e o contrário com D maior que 1. Para históricos de carga irregulares, os ciclos se contam pelo método rainflow (ASTM E1049).

Ensaio de fadiga por material

O princípio do ensaio é o mesmo em qualquer material, mas o mecanismo de dano, os cuidados no ensaio e o que se procura no resultado mudam de uma família para outra.

Metais

Nos metais valem as seções anteriores: aços e ligas de titânio têm limite de fadiga; alumínio, cobre e magnésio não, e são projetados para uma vida finita em ciclos. Na indústria automotiva ensaiam-se molas, eixos e componentes de chassi; na aeronáutica, as ligas de alumínio de asas e fuselagens; em estruturas de aço, como pontes, o ponto crítico são as ligações soldadas, onde o pé do cordão concentra tensão. Em meio corrosivo, a frequência passa a pesar: quanto mais lento o ciclo, mais tempo o meio age sobre a ponta da trinca a cada ciclo, e menor a vida em ciclos.

Polímeros

Os polímeros são viscoelásticos: a resposta depende da velocidade de carregamento e do tempo sob carga. Parte da energia de cada ciclo vira calor por histerese, e como o polímero conduz mal o calor, o corpo de prova esquenta; em frequência alta ele pode amolecer e falhar por aquecimento, não por trinca. Por isso a frequência e a temperatura precisam ser controladas e informadas junto com o resultado. O ensaio avalia também a resistência ao crescimento de trincas e a degradação do material ao longo do tempo, em componentes de equipamentos esportivos e peças de máquinas.

Cerâmicas

Cerâmicas resistem bem à compressão, mas são frágeis: não se deformam plasticamente para aliviar a ponta de uma trinca, e um defeito pequeno basta para iniciar a falha sob carga cíclica. A umidade e a temperatura do ambiente aceleram o crescimento lento dessas trincas, por isso entram nas condições do ensaio. É o caso de cerâmicas técnicas em eletrônica, em componentes aeroespaciais e em próteses dentárias, avaliadas em ciclagem mecânica.

Compósitos

Nos compósitos de fibra, o dano não é uma trinca única: aparecem trincas na matriz, descolamento entre fibra e matriz e separação entre camadas (delaminação), espalhados pelo volume. O resultado depende da direção das fibras em relação à carga, da matriz e da interface entre as camadas, e a perda de rigidez costuma ser o critério de falha antes da ruptura. O ensaio de tração-tração de compósitos de matriz polimérica segue a ASTM D3479. É o ensaio que qualifica compósitos para estruturas aeronáuticas, como asas, e para componentes de veículos esportivos.

Exercícios resolvidos de fadiga

Exercício 1: parâmetros do ciclo. Corpo de prova de aço com d = 8,0 mm, ensaiado com F_máx = +15 kN e F_mín = −5 kN.

A₀ = π × 8,0² / 4 = 50,27 mm². σ_máx = 15.000 / 50,27 = 298,4 MPa e σ_mín = −5.000 / 50,27 = −99,5 MPa. σ_m = (298,4 − 99,5) / 2 = 99,5 MPa; σ_a = (298,4 + 99,5) / 2 = 198,9 MPa; R = −99,5 / 298,4 = −0,33.

Exercício 2: vida pela reta de Basquin. Aço SAE 1045 trefilado, R_m = 630 MPa, S'_e = 0,5 × 630 = 315 MPa a 10⁶ ciclos e 0,9 × 630 = 567 MPa a 10³ ciclos. Qual a vida com σ_a = 400 MPa e R = −1?

b = log(315/567) / 3 = −0,0851. N = 10³ × (400/567)^1/b = 10³ × 0,7055^−11,75 ≈ 6,0 × 10⁴ ciclos.

Exercício 3: Marin e Goodman num eixo usinado. Mesmo aço (R_m = 630 MPa, R_e = 530 MPa), eixo usinado de 25 mm em flexão rotativa, com σ_a = 100 MPa e σ_m = 150 MPa.

k_a = 4,51 × 630^−0,265 = 0,817; k_b = 1,24 × 25^−0,107 = 0,879; S_e = 0,817 × 0,879 × 315 = 226 MPa. Goodman: 1/n = 100/226 + 150/630 = 0,680, logo n = 1,47. Soderberg: 1/n = 100/226 + 150/530 = 0,725, logo n = 1,38. O limite do corpo de prova polido caiu 28 % na peça real.

Exercício 4: dano acumulado. Com a curva do exercício 2, a peça sofre 10.000 ciclos a 400 MPa e 100.000 ciclos a 350 MPa. Quantos ciclos ainda aguenta a 380 MPa?

N(400) = 60.360, D₁ = 0,166. N(350) = 289.900, D₂ = 0,345. Restam 1 − 0,166 − 0,345 = 0,489. N(380) = 110.300, então n₃ = 0,489 × 110.300 ≈ 54.000 ciclos, com a ressalva de que Miner ignora a ordem dos blocos.

Exercício 5: quanto dura o ensaio. 10⁷ ciclos a 100 Hz = 10⁵ s ≈ 27,8 h. Numa cicladora a 5 Hz, 5×10⁶ ciclos = 10⁶ s ≈ 11,6 dias por lote; com várias amostras ao mesmo tempo, o tempo por amostra cai na mesma proporção.

Erros comuns no ensaio de fadiga

1. Achar que todo material tem limite de fadiga. Alumínio, cobre e magnésio não têm: usa-se a resistência a um número de ciclos.
2. Dizer que o titânio não tem limite. As ligas de titânio têm patamar, como os aços.
3. Usar 0,5·R_m direto no projeto. Vale para corpo de prova polido; na peça, aplicar os fatores de Marin (no exercício 3, de 315 para 226 MPa).
4. Aplicar 0,5·R_m acima de 1.400 MPa. Acima disso o teto é de cerca de 700 MPa.
5. Confundir σ_a com σ_máx ou Δσ. Sempre dizer qual grandeza está no eixo e qual o R.
6. Ignorar a tensão média. Mesma amplitude com R diferente dá vida diferente.
7. Tratar K_t como K_f. Na fadiga, K_f = 1 + q(K_t − 1), menor ou igual a K_t.
8. Extrapolar a curva para além da faixa ensaiada, como estimar 10⁹ ciclos com dados até 10⁷.
9. Citar a ASTM E739 como vigente (foi retirada em 2024) ou a ASTM E8 como norma de fadiga (é de tração).
10. Ignorar a frequência em polímeros e em meio corrosivo.
11. Confundir marcas de praia com estrias, ou fadiga com fluência, que é deformação sob carga constante e alta temperatura.
12. Tomar a regra de Miner como exata. É uma aproximação linear, sensível à sequência de cargas.

Normas do ensaio de fadiga

A norma depende do material, do tipo de carga e do regime. Para metais, as bases são a ISO 1099 e a ASTM E466 no ensaio axial, a ISO 1143 na flexão rotativa e a ASTM E606 e a ISO 12106 no baixo ciclo; compósitos e produtos, como implantes, têm normas próprias. A tabela reúne as mais usadas:

Norma	Assunto
ASTM E1823-26a	terminologia de ensaios de fadiga e fratura
ISO 1099:2017	fadiga axial em controle de força, amplitude constante
ASTM E466-21	fadiga axial em controle de força, regime predominantemente elástico
ISO 1143:2021	fadiga por flexão rotativa
ASTM E606/E606M-21	fadiga em controle de deformação (baixo ciclo)
ISO 12106:2017	fadiga axial em controle de deformação
ISO 12107:2012	planejamento estatístico e análise de dados de fadiga
ASTM E647-24	velocidade de propagação de trinca por fadiga (da/dN × ΔK)
ASTM D3479	fadiga tração-tração de compósitos de matriz polimérica
ISO 14801:2016	ensaio dinâmico de implantes dentários

Máquina para ensaio de fadiga

Toda máquina de fadiga tem as mesmas três partes: um sistema de acionamento, que aplica a carga cíclica; um sistema de medição, com célula de carga e, quando preciso, extensômetro; e um sistema de controle e aquisição de dados, que mantém a amplitude, conta os ciclos e registra força, deformação e frequência. O que muda é a velocidade. O alto ciclo pede máquinas rápidas: servo-hidráulicas, ressonantes (que trabalham de dezenas a centenas de hertz), de flexão rotativa (até milhares de rotações por minuto) e, no altíssimo ciclo, ultrassônicas a 20 kHz. Uma máquina lenta levaria meses para chegar a 10⁷ ciclos.

O painel abaixo mostra a máquina universal de ensaios e o papel de cada parte dela num ensaio cíclico:

Na Biopdi, a ciclagem mecânica faz ensaios de fadiga com controle de carga e frequência voltados à odontologia e a biomateriais: a cicladora Biocycle ensaia várias amostras ao mesmo tempo (2 a 12, conforme o modelo), com carga de 0 a 2.000 N por amostra, pistões pneumáticos de até 5 Hz, contagem até 1 trilhão de ciclos com parada automática e opcional de deslizamento para simular bruxismo. Para ciclos térmicos e mecânicos simultâneos existe a ciclagem termomecânica.

A máquina universal de ensaios faz ensaios cíclicos por etapas, com força constante ou variável programada no software BioLab: carga e descarga, laços de histerese e ciclagem de baixa contagem. Ela também pode receber um módulo dinâmico para ensaios de fadiga; frequência e faixa de carga dependem da configuração, sob consulta. Além disso, mede a resistência à tração e o escoamento que entram nas estimativas de Goodman e Marin. Para montagens fora do padrão, veja os projetos especiais ou peça um orçamento.