O método da extensão virtual da trinca na fadiga por contato do tipo "spalling"

O estudo dos mecanismos de fadiga por contato tem grande relevância para o estudo dos componentes mecânicos que estão sujeitos ao desgaste. O desgaste é um tipo de falha que ocorre na maioria dos componentes que trabalham em contato. Atualmente para prever o desgaste são utilizados métodos experimentais que permitem ajustar curvas semi-empíricas, ou seja, o resultado depende de vários testes que além de caros são demorados. Com o aumento da competitividade na indústria, o tempo se tornou artigo de luxo e com isso o aprimoramento dos modelos de cálculo e das simulações numéricas são muito bem justificados. O estudo aprofundado do mecanismo de fratura por contato sem dúvida pode dar subsídios para um melhor projeto do componente mecânico e assim conseguir predizer com maior precisão quando a falha por desgaste ocorrerá e assim evitar falhas catastróficas e paradas de máquinas não programadas gerando grandes prejuízos e também risco de vidas humanas Este estudo apresenta um modelo numérico utilizando o método dos elementos finitos computacional para a simulação do spalling em componentes mecânicos sujeitos à fadiga de contato. O modelo foi simplificado para duas dimensões e foi considerado estado plano de deformações. Este estudo apresenta uma aproximação na aplicação dos conceitos da Mecânica da Fratura para estimar a vida de componentes mecânicos. O resultado do modelo numérico é confrontado qualitativamente com resultados práticos. A geometria dos pits assim como as relações entre o Fator de intensidade de tensões e o tamanho da trinca é apresentado.

Análise do comportamento fractal da propagação de trinca por fadiga em aço 300M e liga de alumínio AA7475

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Estudo da ocorrência de trinca por fadiga em tubos de aços soldados, devido ao transporte

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

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)

Estudo da propagação de trinca por fadiga sob carregamento de amplitude variável

For engineering projects that require high reliability levels, is often not enough know only physical and chemical material properties. It’s necessary understand the failure mode of these materials in operation to ensure security level in the project and establish more stringent criteria in the analysis of structural integrity. Due to this need, aircraft industry has been using aluminum alloys in their designs and projects. “Currently more than 70% of aircraft structures are built of high strength aluminum alloys among which stand out 7075-T6 and 2024-T3 alloys, which are considered basics for being used in the new alloys development.” (PASTOUKHOV & VOORWALD, 1995). Some years ago ALCOA develops Al 2524 alloy that has emerged as refinement of Al 2024 (Al, Cu. Mg) alloy, with purpose of improve fracture toughness and fatigue resistance on structural components. The present research addresses testing of fatigue crack propagation under variable amplitude loading for Al 2024 alloy, observing the interaction effects from application of overhead blocks and plastic zone at the crack tip and makes an analysis of fracture surface images

Estudo do efeito do processo de shot peening na taxa de propagação de trinca por fadiga na liga aeronáutica 2024 - T3

Pós-graduação em Engenharia Mecânica - FEG

Análise do comportamento em fadiga do aço SAE 52100 sob diferentes condições microestruturais

Devido às altas tensões envolvidas nos mecanismos de fadiga por contato, o uso de aços de alta dureza é uma exigência na fabricação de mancais de rolamento. Se a dureza de uma das partes em contato é baixa (sendo menor que 58 HRC), a ocorrência da descamação de camadas superficiais torna-se iminente no material menos duro. Estes defeitos superficiais podem, eventualmente, levar o componente a fraturar na direção radial se as tensões circunferenciais trativas forem relativamente elevadas. Os rolamentos que apresentam estes tipos de falhas são fabricados com o aço SAE 52100 temperado e revenido, com têmpera total. Recentemente tem sido sugerida a utilização do aço SAE 52100 processado por tratamento isotérmico para a obtenção de bainita inferior já que esta microestrutura apresenta boa tenacidade e resistência à fadiga associadas a uma alta dureza. Neste trabalho, foram realizados tratamentos térmicos utilizando o aço SAE 52100 a fim de obter microestruturas cujas matrizes fossem, predominantemente, martensita revenida ou bainita inferior. Para a condição martensítica, utilizou-se o tratamento térmico convencional de têmpera e revenido com três temperaturas de revenido para a obtenção de diferentes quantidades de austenita retida na matriz martensítica. Para a condição bainítica, utilizou-se o tratamento de austêmpera para a obtenção de bainita inferior com alto nível de dureza O comportamento mecânico do aço SAE 52100, tratado termicamente nas quatro condições, foi avaliado através de ensaio de tração e ensaio de impacto Charpy. O comportamento em fadiga, por sua vez, foi avaliado através de ensaios de propagação de trinca por fadiga realizados em corpos de prova tensão compacto. Para a determinação da influência da razão de carregamento (R=Kmin/Kmax) sobre o comportamento em fadiga este parâmetro foi variado entre 0,1 e 0,5. Foram realizadas análises fractográficas em todas as superfícies de fratura e de fadiga. Os resultados dos testes indicaram um melhor comportamento em fadiga para o aço SAE 52100 com microestrutura bainítica. No entanto para um R = 0,5, este material apresentou comportamento semelhante ao martensítico de mesmo nível de dureza na região limiar de fadiga. Observou-se o fenômeno de fechamento de trinca nos testes realizados com R de 0,1 e 0,3, sendo este efeito mais pronunciado para o menor valor de R.

Avaliação da fissuração por fadiga em tubos durante transporte marítimo

Tubos de aço são transportados diariamente em todo o mundo, por caminhão, trem ou navio. Conseqüentemente, danos de transporte, podem ocorrer com freqüência e regularidade. O tipo de dano particular selecionado para este estudo foi o de trinca por fadiga, o qual é considerado como um dos mais críticos. Neste trabalho foram estudados tubos de aço fabricados de acordo com os requisitos da norma API 5L [1]. Foram efetuadas caracterizações químicas, mecânicas e metalográficas de um tubo com diâmetro 609,6 mm e espessura 15,87 mm grau X-65. A simulação do transporte por navio de tubos de aço foi feita submetendo-se seções de tubo com comprimento igual a 0,1 metro, a ciclos de fadiga por meio de máquina servo-hidráulica. Foi possível concluir que em tubos soldados, a região adjacente ao cordão de solda é a mais crítica, e que quando o posicionamento do tubo na carga é efetuado de maneira que a solda fique apoiada sobre alguma superfície rígida, a ocorrência de trinca por fadiga torna-se possível principalmente se os procedimentos de manuseio, carregamento e transporte não forem executados da maneira como recomendada pelos fabricantes de tubos e pela norma API [2].

Avaliação da integridade estrutural em um tubo de aço API 5L X70 através da propagação de trincas por fadiga

Pós-graduação em Engenharia Mecânica - FEG

Estudo do comportamento em fadiga de uma chapa de aço microligado, grau API 5L X70

In engineering, for correct designing the structural components required for cyclical stresses, it is necessary to determine a limit of resistance to fatigue, which is the maximum amplitude of the applied tension under which the fatigue failure does not occurs after a certain number cycles. The marine environment is hostile, not only by the high pressure, corrosion, but also by low temperatures. Petrol Production units, composed of the risers (pipelines connecting the oil well to the ship), are dimensioned to remain installed for periods of 20 up to 30 years, and must therefore be prepared to support various efforts, such as tidal, wind currents and everything that is related. This paper focuses on a study on the fatigue behavior of microalloyed steel, API 5L Grade X70, used to transport oil and gas by pipelines. For analysis, we obtained the curves S-N (stress vs. number of cycles) using laboratory data collected from cylindrical longitudinal and transverse specimens used in axial fatigue test in accordance with ASTM E466. The tensile tests and microhardness were performed to characterize the mechanical properties of the samples, and it was found that the values meet the specifications of the standard API 5L. To characterize microstructurally the material, it was also made a metallographic analysis of the steel under study, and the origin of the fatigue crack was investigated with the support of a scanning electron microscope (SEM).

Estudo do comportamento em fadiga das ligas AA6005, AA6063 e AA6351

Aluminum alloys have shown great potential for the automotive industry, especially aluminum alloys 6xxx series. This category has good mechanical strength and excellent corrosion resistance, important for the areas of construction and transport. The automotive industry has always shown great interest in the study of fatigue behavior, because structural components are subjected to cyclic and vibration loads, generating cracks and fracturing. The mechanical response depends on the material properties, applications, surface condition and microstructure. In this work was study the fatigue behavior of high cycle of machined bodies (not polished) and the effect of roughness on the fatigue life for three aluminum alloys of 6xxx series: AA6005, AA6351 and AA606, all in the T6 condition . S / N curves were made from fatigue tests in rotating bending (R = -1). The influence of roughness was studied by measuring the roughness of each specimen. Was compare the fatigue behavior of polished specimen and not polished specimens. The fractured surfaces of samples were observed by MEV, and it was observed that most of nucleation sites for fatigue crack is initiated below the surface

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].

Resistência à fadiga de tubo API 5L X65 cladeado e soldado circunferencialmente com eletrodos de Inconel® 625

As recentes descobertas de petróleo e gás na camada do Pré-sal representam um enorme potencial exploratório no Brasil, entretanto, os desafios tecnológicos para a exploração desses recursos minerais são imensos e, consequentemente, têm motivado o desenvolvimento de estudos voltados a métodos e materiais eficientes para suas produções. Os tubos condutores de petróleo e gás são denominados de elevadores catenários ou do inglês \"risers\", e são elementos que necessariamente são soldados e possuem fundamental importância nessa cadeia produtiva, pois transportam petróleo e gás natural do fundo do mar à plataforma, estando sujeitos a carregamentos dinâmicos (fadiga) durante sua operação. Adicionalmente, um dos problemas centrais à produção de óleo e gás das reservas do Pré-Sal está diretamente associado a meios altamente corrosivos, tais como H2S e CO2. Uma forma mais barata de proteção dos tubos é a aplicação de uma camada de um material metálico resistente à corrosão na parte interna desses tubos (clad). Assim, a união entre esses tubos para formação dos \"risers\" deve ser realizada pelo emprego de soldas circunferenciais de ligas igualmente resistentes à corrosão. Nesse contexto, como os elementos soldados são considerados possuir defeitos do tipo trinca, para a garantia de sua integridade estrutural quando submetidos a carregamentos cíclicos, é necessário o conhecimento das taxas de propagação de trinca por fadiga da solda circunferencial. Assim, neste trabalho, foram realizados ensaios de propagação de trinca por fadiga na região da solda circunferencial de Inconel® 625 realizada em tubo de aço API 5L X65 cladeado, utilizando corpos de prova do tipo SEN(B) (Single Edge Notch Bending) com relações entre espessura e largura (B/W) iguais a 0,5, 1 e 2. O propósito central deste trabalho foi de obter a curva da taxa de propagação de trinca por fadiga (da/dN) versus a variação do fator de intensidade de tensão (ΔK) para o metal de solda por meio de ensaios normatizados, utilizando diferentes técnicas de acompanhamento e medição da trinca. A monitoração de crescimento da trinca foi feita por três técnicas: variação da flexibilidade elástica (VFE), queda de potencial elétrico (QPE) e análise de imagem (Ai). Os resultados mostraram que as diferentes relações B/W utilizadas no estudo não alteraram significantemente as taxas de propagação de trinca por fadiga, respeitado que a propagação aconteceu em condições de escoamento em pequena escala na frente da trinca. Os resultados de propagação de trinca por fadiga permitiram a obtenção das regiões I e II da curva da/dN versus ΔK para o metal de solda. O valor de ΔKlim obtido para o mesmo foi em torno de 11,8 MPa.m1/2 e os valores encontrados das constantes experimentais C e m da equação de Paris-Erdogan foram respectivamente iguais a 1,55 x10-10 [(mm/ciclo)/(MPa.m1/2)m] e 4,15. A propagação de trinca no metal de solda deu-se por deformação plástica, com a formação de estrias de fadiga.

Análise do comportamentos de fadiga para estruturas submetidas a temperaturas elevadas aliadas a esforços cíclicos

Devido a um mercado automotivo altamente competitivo e globalizado, as empresas buscam aperfeiçoar cada vez mais seus produtos, investindo em pesquisa e desenvolvimento em busca de produtos melhores, mais seguros e mais confiáveis. Dentro desse contexto, procurou-se aprofundar os estudos sobre fadiga e fadiga de contato, a fim de se obter um embasamento teórico sobre as possíveis causas de trincas e suas conseqüências, em componentes submetidos a esforços cíclicos e a temperaturas elevadas. Importante é salientar que as altas temperaturas resultam em transformações estruturais no ferro fundido. Posteriormente a esse embasamento teórico, realizou-se um caso de estudo (tambor de freio), buscando subsídios e informações sobre freios, tambores de freios e sobre materiais utilizados em sua fabricação. Sobre ele diversos tipos de análise foram realizados; análises de tensões, análises metalográficas em corpos de prova com e sem trinca e simulações da previsão da vida em fadiga, utilizando o modelo de Paris em programas matemáticos. Paralelos a esses estudos, foram realizados testes de eficiência em dinamômetro utilizando diferentes materiais. Foram utilizados componentes em Ferro Fundido Cinzento e em Ferro Fundido Vermicular a fim de se poder avaliar o comportamento dos materiais em aplicações em que se tem a fadiga de contato. Finalmente, são apresentados os resultados das análises e dos testes realizados, fazendose uma discussão acerca dos mesmos, sendo então apresentadas às conclusões e as sugestões para estudos futuros.

Fadiga no aço inox 15-5PH revestido por HVOF: aplicação em trem de pouso

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)