Tenacidade ao impacto e resistência a fadiga de aço API 5L X70 modificado ao Nb

O transporte de gás e derivados de petróleo é realizado pelo uso de tubulações, denominadas de oleodutos ou gasodutos, que necessitam de elevados níveis de resistência mecânica e corrosão, aliadas a uma boa tenacidade à fratura e resistência à fadiga. A adição de elementos de liga nesses aços, Ti, V e Nb entre outros, é realizada para o atendimento destes níveis de resistência após o processamento termomecânico das chapas para fabricação destes dutos, utilizando-se a norma API 5L do American Petroleum Institute, API, para a classificação destes aços. A adição de elementos de liga em associação com o processamento termomecânico visa o refino de grão da microestrutura austenítica, o qual é transferido para a estrutura ferrítica resultante. O Brasil é o detentor das maiores reservas mundiais de nióbio, que tem sido apresentado como refinador da microestrutura mais eficiente que outros elementos, como o V e Ti. Neste trabalho dois aços, denominados Normal e Alto Nb foram estudados. A norma API propõe que a soma das concentrações de Nióbio, Vanádio e Titânio devem ser menores que 0,15% no aço. As concentrações no aço contendo mais alto Nb é de 0,107%, contra 0,082% do aço de composição normal, ou seja, ambos atendem o valor especificado pela norma API. Entretanto, os aços são destinados ao uso em dutovias pela PETROBRÁS que impõe limites nos elementos microligantes para os aços aplicados em dutovias. Deste modo estudos foram desenvolvidos para verificar se os parâmetros de resistência à tração, ductilidade, tenacidade ao impacto e resistência à propagação de trinca por fadiga, estariam em acordo com a norma API 5L grau X70 e com os resultados que outros pesquisadores têm encontrado para aços dessa classe. Ainda, como para a formação de uma dutovia os tubos são unidos uns aos outros por processo de soldagem (circunferencial), o estudo de fadiga foi estendido para as regiões da solda e zona termicamente afetada (ZTA). Como conclusão final observa-se que o aço API 5L X70 com Nb modificado, produzido conforme processo desenvolvido pela ArcelorMittal - Tubarão, apresenta os parâmetros de resistência e ductilidade em tração, resistência ao impacto e resistência a propagação de trinca em fadiga (PTF) similar aos aços API 5L X70 com teores de Nb = 0,06 % peso e aqueles da literatura com teores de Nb+Ti+V < 0,15% peso. O metal base, metal de solda e zona termicamente afetada apresentaram curvas da/dN x ΔK similares, com os parâmetros do material C e m, da equação de Paris, respectivamente na faixa de 3,3 - 4,2 e 1.3x10-10 - 5.0x10-10 [(mm/ciclo)/(MPa.m1/2)m].

Estudo de propriedades de resinas compostas bulk fill

Diante da evolução da composição das resinas compostas e do lançamento de compósitos do tipo bulk fill, faz-se necessário o estudo do desempenho dessa nova classe de materiais. Para isso, o presente estudo teve como objetivo avaliar propriedades como grau de conversão (GC) , dureza Knoop (KHN), resistência à flexão (RF) e tenacidade à fratura (KIC) de sete compósitos bulk fill (EverX Posterior, EXP; Filtek Bulk Fill Flow, FBFF; Fill-Up!, FU; SonicFill, SF; Surefil SDR, SDR; Tetric EvoCeram Bulk Fill, TECBF; Venus Bulk Fill, VBF) e um compósito nanohíbrido convencional (Charisma Diamond, CD). De forma complementar, foi realizado tratamento térmico a 170 °C por 10 minutos para melhor compreensão do comportamento desses materiais quanto ao potencial de conversão e à indução de tensões na interface carga/matriz. A avaliação do GC (n=3) foi realizada através de espectroscopia FTIR, a leitura da dureza Knoop foi realizada nas superfícies do topo e da base (n=3), e os ensaios de RF de três pontos (n=10) e KIC (n=10) em máquina de ensaios universais. Os resultados obtidos foram submetidos à analise de variância (complementados pelo teste de Tukey) ou teste Kruskal-Wallis, com nível de significância de 5%. A análise do GC (%) revelou diferença entre os materiais testados, sendo que todas as resinas bulk fill apresentaram valores maiores que a resina convencional: SF (75,7) > VBF (66,7) = EXP (66,4) = SDR (62,8), sendo esta também semelhante a FU (60,0); FU, TECBF (56,6), FBFF (56,6) e CD (54,5) apresentaram conversão semelhante. Os valores de KHN variaram de acordo com o material e com a superfície: apenas SF apresentou KHN semelhante (na superfície do topo) a CD, entretanto não foi possível realizar a leitura da superfície da base deste último material; SF, TECBF e FBFF apresentaram valores de KHN diferentes nas superfícies topo e base; EXP, FU, SDR e VBF mantiveram os valores de dureza do topo semelhantes à superfície da base. Para a RF (MPa), os resultados variaram de acordo com o material: EXP (122,54) = SF (101,09) = CD (99,15), sendo estes dois últimos semelhantes a FU (83,86) e TECBF (82,71), os quais não diferiram da resina SDR (65,18); esta última também mostrou comportamento semelhante a FBFF (60,85) e VBF (59,90). Quanto ao KIC (MPa.mm0,5), EXP (3,35) apresentou o maior valor, semelhante a SF (2,42), que por sua vez também foi igual ao compósito convencional CD (2,01); CD apresentou KIC semelhante a SDR (1,74); SDR = VBF (1,59) = TECBF (1,57); TECBF, FU (1,54) e FBFF (1,37) apresentaram valores semelhantes. Na dependência do material, o tratamento térmico aumentou os valores dos parâmetros estudados, apontando limitações da reação de polimerização dos compósitos estudados. Com base nos resultados obtidos, podese concluir que: resinas bulk fill apresentam elevado GC, superior à resina convencional estudada; a nova classe de materiais restauradores é capaz de polimerizar em profundidade e alguns materiais apresentam KHN semelhantes no topo e na base de espécimes de 4 mm de profundidade; RF e KIC variaram de acordo com o material, e o compósito EXP apresentou os maiores valores para ambos os testes.

Influência do tempo de imersão em solução aquosa contendo H2S sobre a tenacidade de tubo API 5L X65 sour avaliada a partir de ensaio Charpy

Com o decorrer dos anos o consumo de petróleo e seus derivados aumentou significativamente e com isso houve a necessidade de se investir em pesquisas para descobertas de novas jazidas de petróleo como o pré-sal. Porém, não apenas a localização dessas jazidas deve ser estudada, mas, também, sua forma de exploração. Essa exploração e extração, na maioria das vezes, se dão em ambientes altamente corrosivos e o transporte do produto extraído é realizado através de tubulações de aço de alta resistência e baixa liga (ARBL). Aços ARBL expostos a ambientes contendo H2S e CO2 (sour gas) sofrem corrosão generalizada que promovem a entrada de hidrogênio atômico no metal, podendo diminuir sua tenacidade e causar falha induzida pela presença de hidrogênio (Hydrogen Induced Cracking HIC), gerando falhas graves no material. Tais falhas podem ser desastrosas para o meio ambiente e para a sociedade. O objetivo deste trabalho é estudar a tenacidade, utilizando ensaio Charpy, de um tubo API 5L X65 sour após diferentes tempos de imersão em uma solução saturada com H2S. O eletrólito empregado foi a solução A (ácido acético contendo cloreto de sódio) da norma NACE TM0284 (2011), fazendo-se desaeração com injeção de N2, seguida de injeções de H2S. Os materiais foram submetidos a: ensaios de resistência a HIC segundo a norma NACE TM0284 (2011) e exames em microscópio óptico e eletrônico de varredura para caracterização microestrutural, de inclusões e trincas. As amostras foram submetidas a imersão em solução A durante 96h e 360h, sendo que, após doze dias do término da imersão, foram realizados os ensaios Charpy e exames fractográficos. Foram aplicados dois métodos: o de energia absorvida e o da expansão lateral, conforme recomendações da norma ASTM E23 (2012). As curvas obtidas, em função da temperatura de impacto, foram ajustadas pelo método da tangente hiperbólica. Esses procedimentos foram realizados nas duas seções do tubo (transversal e longitudinal) e permitiram a obtenção dos seguintes parâmetros: energias absorvidas e expansão lateral nos patamares superior e inferior e temperaturas de transição dúctil-frágil (TTDF) em suas diferentes definições, ou seja, TTDFEA, TTDFEA-DN, TTDFEA-FN, TTDFEL, TTDFEL-DN e TTDFEL-FN (identificação no item Lista de Abreviaturas e Siglas). No exame fractográfico observou-se que o material comportou-se conforme o previsto, ou seja, em temperaturas mais altas ocorreu fratura dúctil, em temperaturas próximas a TTDF obteve-se fratura mista e nas temperaturas mais baixas observou-se o aparecimento de fratura frágil. Os resultados mostraram que quanto maior o tempo de imersão na solução A, menor é a energia absorvida e a expansão lateral no patamar superior, o que pode ser explicado pelo (esperado) aumento do teor de hidrogênio em solução sólida com o tempo de imersão. Por sua vez, os resultados mostraram que há tendência à diminuição da temperatura de transição dúctil-frágil com o aumento do tempo de imersão, particularmente, as TTDFEA-DN e TTDFEL-DN das duas seções do tubo (longitudinal e transversal). Esse comportamento controverso, que pode ser denominado de tenacificação com o decorrer do tempo de imersão na solução A, foi explicado pelo aparecimento de trincas secundárias durante o impacto (Charpy). Isso indica uma limitação do ensaio Charpy para a avaliação precisa de materiais hidrogenados.

Estudo experimental do comportamento à fratura frágil em aços estruturais ferríticos e aplicações à determinação da curva mestra.

Este trabalho apresenta uma investigação experimental sobre o comportamento à fratura frágil de aços estruturais ferríticos, ASTM A285 Gr C e ASTM A515 Gr 65. Os resultados deste trabalho ampliam a base de dados de propriedades mecânicas utilizadas nas análises de integridade de estruturas pressurizadas tais como vasos de pressão e tanques de armazenamento construídos com esta classe de material. O trabalho tem por objetivo também avaliar a aplicabilidade de corpos de prova de dimensões reduzidas, PCVN, na determinação da temperatura de referência, T0, por meio da metodologia da Curva Mestra, a qual define a dependência da tenacidade à fratura do material em função da temperatura. Os ensaios de tenacidade à fratura foram conduzidos utilizando-se corpos de prova solicitados em flexão três pontos com geometria SE(B), PCVN e PCVN com entalhe lateral, extraídos de chapas laminadas. Os resultados dos ensaios foram obtidos em termos de integral J no momento da instabilidade, denotados por Jc. Dados adicionais de resistência à tração e de Impacto Charpy convencional também foram obtidos para caracterizar o comportamento mecânico dos aços utilizados. Os resultados mostraram uma forte influência da geometria dos corpos de prova sobre os valores de Jc, evidenciada pela grande variação nos valores de tenacidade à fratura.

Avaliação da influência de aplicação de vibração mecânica na microestrutura e em características mecânicas de juntas do aço inoxidável martensítico CA6NM soldadas pelo processo FCAW

O aço inoxidável martensítico ASTM A743 CA6NM é utilizado para produzir componentes especiais para turbinas hidráulicas, devido às suas boas propriedades mecânicas combinadas com alta resistência à corrosão e cavitação e uma boa soldabilidade. As turbinas hidráulicas são produzidas por meio de múltiplos passes de solda em peças espessas obtidas por fundição. Durante a operação, estes componentes estão sujeitos à erosão por cavitação e trincas em regiões tensionadas, que são reparados também por meio de soldagem. Após o processo de soldagem, um tratamento térmico pós-soldagem é comumente utilizado para aliviar as tensões residuais. Porém, existem dificuldades significativas para a realização de tratamento térmico nas turbinas hidráulicas, tais como a complexidade da geometria de solda, a possibilidade de distorção no caso de quaisquer cargas mecânicas, dificuldade em aquecer simetricamente, e também o tratamento térmico pode causar degradação das propriedades do material. Assim, existe um grande interesse no desenvolvimento de procedimentos de soldagem que elevem a tenacidade ao impacto e evitem o tratamento térmico pós-soldagem. Neste trabalho, a aplicação de vibrações mecânicas durante e após a soldagem para aliviar tensões residuais foram avaliadas em juntas de aço inoxidável martensítico CA6NM soldadas pelo processo Flux Cored Arc Welding (FCAW). A utilização de vibrações mecânicas para reduzir e redistribuir as tensões residuais das estruturas soldadas através da aplicação de carga vibratória pode gerar muitos benefícios. Testes de impacto Charpy (-20 °C), ensaios de tração e dobramento foram realizados conforme ASME IX, e perfis de microdureza nas diferentes regiões da solda foram conduzidos para a caracterização mecânica das juntas soldadas. A caracterização microestrutural foi realizada utilizando difração de raios X, microscopia óptica e microscopia eletrônica de varredura (MEV). Os resultados de propriedades mecânicas das amostras vibradas atenderam as exigências especificadas por norma, na qual o processo com tratamento térmico é recomendado para a soldagem deste tipo de aço, visando atingir os níveis de tenacidade do material original. Com relação à microestrutura não foram observados alterações significativas para as amostras vibradas em comparação com a condição \"como soldado\", porém para a condição com tratamento térmico pós-soldagem foi observado uma pequena quantidade de austenita retida, que são precipitadas após o tratamento térmico e permanecem finamente distribuídas após o resfriamento e auxiliam no ganho de tenacidade das juntas soldadas.

Effects of Fe addition on the mechanical and thermo-mechanical properties of SiC/FeSi2/Si composites produced via reactive infiltration

Remaining silicon in SiC-based materials produced via reactive infiltration limits their use in high-temperature applications due to the poor mechanical properties of silicon: low fracture toughness, extreme fragility and creep phenomena above 1000 °C. In this paper SiC–FeSi2 composites are fabricated by reactive infiltration of Si–Fe alloys into porous Cf/C preforms. The resulting materials are SiC/FeSi2 composites, in which remaining silicon is reduced by formation of FeSi2. For the richest Fe alloys (35 wt% Fe) a nominal residual silicon content below 1% has been observed. However this, the relatively poor mechanical properties (bending strength) measured for those resulting materials can be explained by the thermal mismatch of FeSi2 and SiC, which weakens the interface and does even generate new porosity, associated with a debonding phenomenon between the two phases.

Validation and application of the WRECKER nonlinear finite element program in analyzing vehicle side structures. Vol. I - summary report. Final report.

National Highway Traffic Safety Administration, Washington, D.C.

Validation and application of the WRECKER nonlinear finite element program in analyzing vehicle side structures. Vol. II - technical report. Final report.

National Highway Traffic Safety Administration, Washington, D.C.

Delamination Arrestment in Bonded-Bolted Composite Structures by Fasteners

Thesis (Ph.D.)--University of Washington, 2016-06

Strength and attrition resistance of agglomerates and particulate coatings

The mechanical properties of a range of agglomerates and particulate coatings have been measured using a nanoindenter. The effect of formulation properties such as powder and binder properties on coating hardness is described. An attempt is also made to measure the fracture hardness with the nanoindenter. The use of indentation technology to measure fundamental agglomerate properties is critically analysed. Based on the indentation measurements and standard attrition test results, the coating hardness is found closely related to the attrition rate under standard conditions and can be used to screen different powder/binder formulations. (C) 2002 Elsevier Science B.V All rights reserved.

Trinity, polyphony and pastoral relationships

The author explores the Christian doctrine of the Trinity to shed light on the nature of the pastoral ministry. Using the trinitarian term, "polyphony" (David Cunningham) for this purpose, he explicates unity and difference as key polyphonic categories in the doctrine of the Trinity. The author suggests that the polyphonic notes sounded by pastoral caregivers are toughness and tenderness, woundedness and health, wisdom and folly, and communion, nearness and distance.

Mode II delamination testing in uniaxially oriented PVC pipes

The mode II fracture toughness of an oriented PVC pipe was measured using an End Notched Flexure test geometry. A relatively low value of G(IIC) was found of 1.07 kJ m(-2) and this indicates that it is energetically more favorable for a crack to propagate in the tangential direction rather than radially through the wall of the pipe. Examination of the mechanism of crack advanced showed that although the crack was propagating globally in mode II, micro-cracks were opening ahead of the crack in mode I or in mixed mode. Growth of the crack occurred by linking up of these micro-cracks. This is similar to the mechanism found for mode II cracking in carbon fibre epoxy composites. (C) 2004 Kluwer Academic Publishers.

Thermosetting Blends of Polybenzoxazine and Poly(ε-caprolactone): Phase Behavior and Intermolecular Specific Interactions

Polybenzoxazine (PBA-a)/poly(epsilon-caprolactone) (PCL) blends were prepared by an in situ curing reaction of benzoxazine (BA-a) in the presence of PCL. Before curing, the benzoxazine (BA-a)/PCL blends are miscible, which was evidenced by the behaviors of single and composition-dependant glass transition temperature and equilibrium melting point depression. However, the phase separation induced by polymerization was observed after curing at elevated temperature. It was expected that after curing, the PBA-a/PCL blends would be miscible since the phenolic hydroxyls in the PBA-a molecular backbone have the potential to form inter- molecular hydrogen-bonding interactions with the carbonyls of PCL and thus would fulfil the miscibility of the blends. The resulting morphology of the blends prompted an investigation of the status of association between PBA-a and PCL under the curing conditions. Although Fourier-transform infrared spectroscopy (FT-IR) showed that there were intermolecular hydrogen-bonding interactions between PBA-a and PCL at room temperature, especially for the PCL-rich blends, the results of variable temperature FT-IR spectroscopy by the model compound indicate that the phenolic hydroxyl groups could not form efficient intermolecular hydrogen-bonding interactions at elevated temperatures, i.e., the phenolic hydroxyl groups existed mainly in the non-associated form in the system during curing. The results are valuable to understand the effect of curing temperature on the resulting morphology of the thermosetting blends. SEM micrograph of the dichloromethane-etched fracture surface of a 90:10 PBA-a PCL blend showing a heterogeneous morphology.

Structure property relationships in polymer nanocomposite

The addition of small quantities (similar to 5 wt pct) layered silicates into polymer materials has the potential to greatly increase the modulus without adversely affecting the toughness or processability of the composite. The effect of microstructural features in the polymer nanocomposite and their possible effects on the mechanical properties with particular reference to linear low density polyethylene (LLDPE)/montmorillonite nanocomposites was discussed.

Phase separation, porous structure, and cure kinetics in aliphatic epoxy resin containing hyperbranched polyester

Thermosetting blends of an aliphatic epoxy resin and a hydroxyl-functionalized hyperbranched polymer (HBP), aliphatic hyperbranched polyester Boltorn H40, were prepared using 4,4'-diaminodiphenylmethane (DDM) as the curing agent. The phase behavior and morphology of the DDM-cured epoxy/HBP blends with HBP content up to 40 wt% were investigated by differential scanning calorimetry (DSC), dynamic mechanical analysis (DMA), and scanning electron microscopy (SEM). The cured epoxy/HBP blends are immiscible and exhibit two separate glass transitions, as revealed by DMA. The SEM observation showed that there exist two phases in the cured blends, which is an epoxy-rich phase and an HBP-rich phase, which is responsible for the two separate glass transitions. The phase morphology was observed to be dependent on the blend composition. For the blends with HBP content up to 10 wt%, discrete HBP domains are dispersed in the continuous cured epoxy matrix, whereas the cured blend with 40 wt% HBP exhibits a combined morphology of connected globules and bicominuous phase structure. Porous epoxy thermosets with continuous open structures on the order of 100-300 nm were formed after the HBP-rich phase was extracted with solvent from the cured blend with 40 wt% HBP. The DSC study showed that the curing rate is not obviously affected in the epoxy/HBP blends with HBP content up to 40 wt %. The activation energy values obtained are not remarkably changed in the blends; the addition of HBP to epoxy resin thus does not change the mechanism of cure reaction of epoxy resin with DDM. (c) 2006 Wiley Periodicals, Inc.