Integral J
A integral J mede a energia liberada na ponta de uma trinca quando ela cresce. Aplica-se a materiais tenazes com grande deformação plástica antes da fratura. Na soldagem, é usada para avaliar realisticamente o risco de fratura de soldas.
Mecanismo de ação físico-químico
Na ponta da trinca, a tensão se concentra. Em materiais tenazes, o material se deforma plasticamente antes que a trinca avance. A integral J é uma integral de linha ao redor da ponta da trinca. Ela calcula a energia potencial liberada quando a trinca se estende por uma unidade de área. É independente do caminho de integração, desde que o caminho esteja no material elástico-plástico. A integral J captura tanto a energia de deformação elástica quanto a plástica. Ela estende o conceito de taxa de liberação de energia da mecânica da fratura linear-elástica para comportamento não linear do material.
Relevância metalúrgica e riscos na soldagem
Cordões de solda frequentemente têm tensões residuais e mudanças microestruturais. A entrada de calor altera a tenacidade. Em materiais tenazes (ex.: aço estrutural), a zona plástica na ponta da trinca é grande. A mecânica da fratura linear-elástica subestima o risco de fratura. A integral J fornece valores mais precisos para a tenacidade à fratura. Um valor crítico JIc caracteriza o início do crescimento instável da trinca. Se a carga for tão alta que a integral J exceda JIc, a solda rompe sem aviso. Na zona de solda, a tenacidade à fratura pode diminuir significativamente devido a mudanças microestruturais (ex.: formação de grão grosseiro, martensita). Então, JIc é baixo e a solda falha mais cedo.
Prática de oficina e instruções de ação
A integral J não é medida diretamente na oficina. Ela é determinada em laboratório em corpos de prova padronizados (ex.: conforme ASTM E1820). Para o profissional, o importante é: o material deve ter tenacidade à fratura suficiente JIc. Valores típicos para aço estrutural estão em torno de 50–200 kJ/m², dependendo da classe do aço e da temperatura. Em juntas soldadas, verifica-se a zona afetada pelo calor e o metal de solda separadamente. Se você escolher parâmetros de soldagem com entrada de calor muito alta, o grão engrossa e JIc diminui. Entrada de calor muito baixa pode gerar martensita e também piorar a tenacidade. Portanto: siga a especificação de soldagem, mantenha a pré-aquecimento e a temperatura entre passes. Se uma solda precisa suportar altas cargas, o cliente frequentemente exige uma comprovação da tenacidade à fratura via JIc. Então, é necessário retirar corpos de prova da solda e mandar ensaiar.