Determinação da taxa de propagação de trinca por fadiga dos aços SAE-1050 e SAE-4130 empregados na fabricação de eixos ferroviários

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Pós-graduação em Engenharia Mecânica - FEG

Atualmente a crescente necessidade de aumento da carga por eixo e do número de passageiros transportados pelos trens, fez com que as ferrovias em todo o mundo iniciassem pesquisas voltadas para o desenvolvimento de novos materiais e processamentos térmicos. O aumento da confiabilidade dos sistemas ferroviários é uma exigência do mercado, o que é definido como sendo a garantia de que não ocorra falhas nos componentes no período entre as inspeções de rotina, ou seja, que um defeito possa ser detectado e reparado antes que atinja um tamanho crítico que leve a ruptura do componente. Por se tratar de um equipamento fundamental nos trens, os eixos ferroviários são alvos de grande parte das recentes pesquisas na área de fadiga, desenvolvimento de novos materiais e segurança dos intervalos de inspeção, uma vez que sua falha, certamente ocasionará um descarrilamento do vagão ou locomotiva. O comportamento em fadiga dos materiais empregados na fabricação de eixos ferroviários vem sendo estudado através de ensaios de propagação de trinca por fadiga, a fim de se obter dados experimentais para definição de intervalos de inspeção. Neste trabalho, foram estudados os aços SAE-1050, comumente utilizado na fabricação de eixos ferroviários, e o SAE- 4130, que recentemente vem sendo empregado para este fim. Estes materiais foram processados por dois diferentes tipos de tratamentos térmicos, sendo um composto por normalização e alívio de tensões, e o outro por normalização, têmpera e revenimento. O comportamento mecânico dos aços foi avaliado através de ensaios de tração, charpy em diversas temperaturas e tenacidade à fratura ( IC K ). O comportamento em fadiga, por sua vez, foi avaliado através de ensaios de propagação de trinca por fadiga, realizados em corpos de prova tração compacto (CT). Para a determinação da influência da razão...

Currently the growing need of increase in axle load and numbers of passengers transported by the trains, prompted the railroads all over the world began researches about the development of new materials and heat treatments. The increase of the reliability for railway systems is a requirement of the market, and can be defined as the warranty that doesn't occur failures in the components between the inspection intervals, in other words, that a defect can be detected and repaired before it reaches a critical size to take the rupture of the component. Axles are one of the most important components in railway vehicle, thus are present in the great part of the recent researches into fatigue, new materials and safe inspection intervals, since its flaw, certainly will cause a derailment of the wagon or locomotive. The fatigue behavior of the employed materials in the production of railway axles has been studied with aid of fatigue crack growth tests, in order to obtain experimental data for definition of inspection intervals. The present work, studied the steels SAE-1050, commonly used in the production of railway axles, and SAE-4130, that recently has been used for this application. These materials were submitted to different heat treatments: normalizing and stress relief, and normalizing, quenching and tempering. The mechanical properties of the steels were evaluated through tensile test, impact test in different temperatures and fracture toughness test. The fatigue behavior was evaluated through of fatigue crack growth tests in compact tension specimens (CT). The influence of the load ratio R , on fatigue crack growth was evaluated using the ratio of 0,1 and 0,3. The results showed that the steel SAE-4130, normalized, quenched and tempered, achieved the best mechanical properties and the smallest fatigue crack growth rate, being therefore, the best option as... (Complete abstract click electronic acccess below)