Determinação de propriedades mecânicas através de ensaios de provetes miniatura, "Small Punch"

Trabalho Final de Mestrado para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Mecânica

O presente trabalho incide na realização de ensaios a provetes miniatura do tipo Small Punch(SP) para determinar a tensão de cedência, tensão de rotura e tenacidade à fratura do aço A 335 P11. Este tipo de ensaio tem como objetivo obter informação sobre o estado de degradação dos equipamentos que se encontram em serviço na indústria,sujeitos a fenómenos de degradação dependentes do tempo. A posse desta informação é de extrema importância para se poder programar, com mais informação, e para a melhor altura, a manutenção da máquina/equipamento ou inclusive o seu abate. Por exemplo, numa paragem geral da linha faz-se a manutenção daquela máquina. Para realizar os ensaios SP foi necessário projetar um dispositivo, o qual que fosse possível de ser utilizado numa máquina de ensaio eletromecânica (Instron 6562) e que permitisse efetuar ensaios a temperatura alta, baixa e ambiente. Também foi necessário selecionar e adaptar todo o sistema de instrumentação necessário para a medição e aquisição dos dados. Para determinar as propriedades mecânicas utilizou-se provetes SP convencionais (sem entalhe) e provetes com dois tipos de entalhe diferente: entalhe circular e entalhe linear. As dimensões dos entalhes tiveram como base a bibliografia utilizada no presente trabalho, exceto o diâmetro do entalhe circular que foi otimizado para evitar a deformação do provete em modo de carregamento misto (Modo II), que constituiu uma das limitações na determinação da tenacidade à fratura em trabalhos anteriores. Este estudo da determinação ótima do diâmetro do entalhe circular foi levado a cabo através do programa comercial de elementos finitos (Ansys). Assim passou-se de um diâmetro de 2.5 mm (trabalho anterior) para um de 1.6 mm (presente trabalho). De modo geral obteve-se bons resultados dado que as relações utilizadas na determinação das propriedades mecânicas foram obtidas por métodos empíricos.

Abstract: The present work focuses on testing Small Punch miniature specimens to determine yield strength, tensile strength and fracture toughness of A 335 P11 steel. This type of test is aimed to obtain information on the state of degradation of the equipment that is in service of industry, being subject to degradation phenomena dependent on time. Achieving this information is extremely important to be able to program, with more accuracy and at the best time, the maintenance of machinery/equipment or even its substitution. This is useful, for example, when occurs a general stop line to make the maintenance of a specific machine. To perform the SP tests, it was necessary to design a device which can be used in an electromechanical testing machine (Instron 6562), and allow to carry out tests at high temperature, low temperature and room temperature. It was also necessary to select and adapt whole the instrumental system needed for measurement and data acquisition. To determine the mechanical properties it was used conventional SP specimens (unnotched) and specimens with two different types of notch: circular notch and linear notch. The notch’s dimensions were based on the bibliography used in this work, except the diameter of the circular notch that was optimized to avoid deformation of the specimen in the mixed mode loading (mode II), which was one of the limitations in the determination of fracture toughness in previous works. This study that aimed the determination of the best circular notch diameter was done throw the commercial program of finite elements (software ANSYS). Thus, it was possible to come up with a diameter of 2.5mm (previously used) to a diameter of 1.6 mm (used in this work). Generally, good results were achieved as the ratios used in the determination of the mechanical properties have been used obtained by empirical methods.