ALGUNS FATORES QUE AFETAM O COMPORTAMENTO DE AÇOS DE USO AERONÁUTICO SOB FADIGA: SEGUNDA PARTE

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RESUMO Este artigo é apresentado em três partes. Nesta segunda parte, é discutido o comportamento em fadiga de um aço de uso aeronáutico em função das tensões residuais superficiais combinadas com a presença de inclusões não metálicas na região onde se nucleou a trinca. O estudo desse comportamento se deu através da análise dos resultados de ensaios de fadiga por flexão rotativa e da observação por MEV da superfície de fratura das amostras ensaiadas, na região onde se deu a nucleação da trinca. Foi possível inferir a existência de uma relação entre a posição da inclusão não metálica, quando esta nucleia uma trinca, e o número de ciclos ocorridos no ensaio até a ruptura da amostra. Essa relação permite a compreensão de como uma trinca se comporta diante ou dentro de uma região onde existem tensões residuais compressivas no metal. Na terceira e última parte, será discutido o comportamento em fadiga de um aço em função da aplicação de recobrimentos anticorrosivos e/ou antidesgaste. PALAVRAS-CHAVE Fadiga. Nucleação de trincas. Recobrimentos anticorrosivos. ABSTRACT This paper is presented in three parts. This second part discusses fatigue behaviour of aeronautical steel due to residual surface stress associated with non-metallic inclusions in fatigue origin zone. This study was done through results’ analysis of bending flexural fatigue tests and by SEM observation of ruptured surface near crack origin. It was possible to infer the existance of a relation between non-metallic inclusion position, when it gives origin to a crack, and sample fatigue life. This relation allows the understanding of how crack behaviours before and inside metal compressive stress zone. On the third and last part of the study, it will be discussed the fatigued steel behaviour due to anticorrosive and/or antiwasting. KEYWORDS Fatigue. Crack nucleating. Anticorrosive coatings. ARTIGO ORIGINAL ALGUNS FATORES QUE AFETAM O COMPORTAMENTO DE AÇOS DE USO AERONÁUTICO SOB FADIGA: SEGUNDA PARTE Some factors that affect the behavior of steel in aeronautical use under fatigue Carlos Eduardo Silva de Amorim, Herman Jacobus Cornelis Voorwald 2 1 Doutorado em Engenharia Mecânica. Profº do Departamento de Física e Química da UNESP. [email protected] 2 Doutorado em Engenharia Mecânica. Reitor da UNESP. Recebido em 13 de outubro de 2009, revisado em 3 de setembro de 2010

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Este artigo é apresentado em três partes. Nesta segunda parte, é discutido o comportamento emfadiga de um aço de uso aeronáutico em função das tensões residuais superficiais combinadascom a presença de inclusões não metálicas na região onde se nucleou a trinca. O estudo dessecomportamento se deu através da análise dos resultados de ensaios de fadiga por flexão rotativae da observação por MEV da superfície de fratura das amostras ensaiadas, na região onde se deua nucleação da trinca. Foi possível inferir a existência de uma relação entre a posição da inclusãonão metálica, quando esta nucleia uma trinca, e o número de ciclos ocorridos no ensaio até aruptura da amostra. Essa relação permite a compreensão de como uma trinca se comporta dianteou dentro de uma região onde existem tensões residuais compressivas no metal. Na terceira eúltima parte, será discutido o comportamento em fadiga de um aço em função da aplicação derecobrimentos anticorrosivos e/ou antidesgaste.

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  • RESUMO Este artigo apresentado em trs partes. Nesta segunda parte, discutido o comportamento em fadiga de um ao de uso aeronutico em funo das tenses residuais superficiais combinadas com a presena de incluses no metlicas na regio onde se nucleou a trinca. O estudo desse comportamento se deu atravs da anlise dos resultados de ensaios de fadiga por flexo rotativa e da observao por MEV da superfcie de fratura das amostras ensaiadas, na regio onde se deu a nucleao da trinca. Foi possvel inferir a existncia de uma relao entre a posio da incluso no metlica, quando esta nucleia uma trinca, e o nmero de ciclos ocorridos no ensaio at a ruptura da amostra. Essa relao permite a compreenso de como uma trinca se comporta diante ou dentro de uma regio onde existem tenses residuais compressivas no metal. Na terceira e ltima parte, ser discutido o comportamento em fadiga de um ao em funo da aplicao de recobrimentos anticorrosivos e/ou antidesgaste. PALAVRAS-CHAVE Fadiga. Nucleao de trincas. Recobrimentos anticorrosivos. ABSTRACT This paper is presented in three parts. This second part discusses fatigue behaviour of aeronautical steel due to residual surface stress associated with non-metallic inclusions in fatigue origin zone. This study was done through results analysis of bending flexural fatigue tests and by SEM observation of ruptured surface near crack origin. It was possible to infer the existance of a relation between non-metallic inclusion position, when it gives origin to a crack, and sample fatigue life. This relation allows the understanding of how crack behaviours before and inside metal compressive stress zone. On the third and last part of the study, it will be discussed the fatigued steel behaviour due to anticorrosive and/or antiwasting. KEYWORDS Fatigue. Crack nucleating. Anticorrosive coatings.

    ARTIGO ORIGINAL

    ALGUNS FATORES QUE AFETAM O COMPORTAMENTO DE AOS DE USO AERONUTICO SOB FADIGA: SEGUNDA PARTE

    Some factors that affect the behavior of steel in aeronautical use under fatigue

    Carlos Eduardo Silva de Amorim, Herman Jacobus Cornelis Voorwald2

    1 Doutorado em Engenharia Mecnica. Prof do Departamento de Fsica e Qumica da UNESP. [email protected] 2 Doutorado em Engenharia Mecnica. Reitor da UNESP.

    Recebido em 13 de outubro de 2009, revisado em 3 de setembro de 2010

  • Algu

    46

    1

    ciesitccmudigplasumopatrintrinnimVaqudedaqutrinvin

    FIGum fma

    aintdeincfranunqutrinsudenuquincco

    uns fatores que afeta

    R. Educ. vol. 2, n. 1,6

    INTRODU

    O procese do metal uao declicas de guito superioga. Nessa anos atmirgimento deorfologia searalelos. Esnca na sunca se pro

    mero curtoagem obtid

    arredura (Muando o nvee nucleaoa superfcieue as marcnca do a fando de fora

    GURA 1 Nuclem esforo cclicfadiga. A trinargem direita d

    A segundo da trinco de um

    tensidade, mefeitos supecluses noactografia ducleada devo metlica ue a marcanca indica perfcie, po

    efinido. A ucleao coue o pontocluso no

    ondies, a

    m o comportamento

    Tecn. Apl. Aero p. 45-52, out. 2

    O

    sso da fadigem duas

    efinida pelagrande intenores ao limicondio, ocos por cise micro falhe caracterizsses se comuperfcie. Nopaga e romo de ciclos.da por MicrMEV) da el de tens

    o da trinca, de fraturaas deixadaalsa impresda amostra

    eao de umaco muito supeca nasceu n

    da amostra1.

    da situao ca na superma tenso mas pela perficiais como metlicasde uma amvido prese

    superficiala deixada

    que suaorm focad

    Figura 3m mais deto focal dao metlica

    tenso c

    de aos de uso aero

    on. 2010

    ga inicia-se situaes.

    a aplicaonsidade, coite de resiso escorregasalhamentohas na supza por picombinam e Nessas compe a pe. A Figura roscopia Elsuperfcie o cclica a vista no c. Deve ser

    as pela prosso de quea.

    a trinca por faerior ao limite a superfcie,

    definida rfcie, no

    cclica dpresena demo ranhuras. A Figura mostra cujaena de um. Pode serpela prop

    nucleada em um 3 mostra talhamento,a nuclea

    a superficiaclica aplica

    onutico sob fadiga

    na superfA primeira

    o de cargasom tensestncia faamento dos implica noerfcie, cuja

    os e fendasnucleiam a

    ondies, aa aps um1 mostra aletrnica dede fratura

    alto. A zonacanto direitor observadoogresso dae esta tenha

    adiga devido ade resistnciano centro da

    pela nuclepela aplicade grandee pequenosas, furos ou

    2 mostra aa trinca foma inclusor observadopagao dao est naponto bema mesma

    , mostrandoo umaal. Nessasada mais

    -a s s -s o a s a a

    m a e a a o o a a

    a a a

    --e s u a oi o o a a

    m a o a s s

    baixa de quno teno te

    A tambno mcie. A2 e 3tambda trin FIGURA nucleaddireito i

    FIGURA nucleazada na

    A que ametaisesquetensocorregmetliinicialnam egura iaplicatorno esse d

    que no casue, caso neria sido ner se rompid

    Figura 4 mm pode inmetlicas loA exemplo d3, a ausncm poderianca.

    2 Uma amoda em torno inferior1.

    3 A mesmao em torno a superfcie1.

    Figura 5 reas trincas ss submetidoerdo da figuo cclica apgamento deica, gerandmente perfee nucleiam lustra a situ

    ada baixade um de

    defeito um

    so anterior. o existisseucleada e do. mostra que niciar-se a ocalizadas do caso mocia do defe

    a implicar n

    ostra rompida de um defei

    a trinca da Figude uma inclus

    esume as dso nucleados a esfor

    ura ilustra a plicada ale planos ado defeitoseita. Esses a trinca. O

    uao em qa e a trincefeito prvidano locali

    H a posse o defeito,

    a amostra

    a trinca popartir de inabaixo da

    ostrado nas eito sub suno no sur

    por fadiga coto superficial

    ura 2, destacaso no metl

    duas condidas por fados cclicos

    situao elta e provocatmicos nas numa su defeitos se

    O lado direique a tensca nucleio superficzado, seja

    ibilidade a trinca poderia

    or fadiga ncluses

    superf-Figuras

    uperficial rgimento

    om a trinca no canto

    ando-se a ica locali-

    es em diga em . O lado m que a ca o es-a matriz uperfcie e combi-ito da fi-o cclica

    eada em ial, seja ele uma

  • inclusona ausnuclead

    FIGURA 4 presena40 m ab

    FIGURA 5 tenso asegundo direita2.

    A ptem sidportamereza. Emdos aosua durao aumtretantoqueda Essa quses nmostra aos, esistnciCaso oincluseobservatida par

    Muos efeitem fadisob osestatsti

    o no metsncia do dda.

    Nucleao a de uma incbaixo da super

    - Nucleaoaplicada (alta

    o tipo de ori

    presena do usada coento em fam geral, o los aumentareza3, de fomenta a su

    o, acima deda resistnueda atrio metlicao comporta

    evidencianda fadiga

    os aos sejes, a lineada at a dra nveis maurakami e tos das inga de aos

    s aspectos ico. As infl

    lica. Fica defeito, a

    de uma trincacluso no mrfcie do metal

    de trincas p esquerda

    igem das trin

    das incluseomo explicaadiga de alimite de resa proporcioorma que aua resistne 400 Vickncia fadibuda ex

    as nesses aamento emo a queda

    a a partir am radicalaridade ex

    dureza de 4ais elevadoscolaboradocluses no

    s, reapresenqualitativo

    luncias da

    a noo detrinca no

    a por fadiga dmetlica prxl1.

    por fadiga sege baixa di

    ncas, com inc

    es no meao para oos com alsistncia

    onalmente ca tmpera dcia fadigers, verificaga desses

    xistncia deaos. A Fig fadiga de do limite de 400 Vmente limpxperimental

    400 Hv sers de dureza

    ores3-8 estuo comportantando a quo, quantitaas incluse

    e que, o seria

    devido ximo de

    gundo a ireita) e

    cluso

    etlicas o com-lta du-fadiga com a de um a. En-a-se a

    aos. e inclu-gura 6 vrios de re-ickers.

    pos de lmente man-a. daram

    amento uesto tivo e

    es no

    metlicas fadiga forMecnica sejam vistinfluncia metlicas sdos metaisincluses posio.

    FIGURA 6 Cfadiga em fun

    Entre 1sobre a infportamentolando o nconcentralimpeza dafadiga9-11. sultados code uma anincluses cveriam serdensidade sob fadiga

    Outra qtncia fadresiduais ptrinca. O pcos resptrinca, de inibe a proforma, vericompressivsurgimentoPela mesms aplicam

    Rvo

    e dos peqam estudada Fraturatos como da existnsobre o cos foi estimano que diz

    Comportamenno da dureza

    1976 e 197fluncia daso em fadigamero de ino de ten matriz metEntretanto,

    onclusivos, ntiga informcom dimetr considerade inclusde esferas questo dirdiga de um presentes nerodo de t

    ponsvel pemaneira q

    ogresso defica-se que

    vas dificilmo/progresso ma razo, mm tenses

    . Educ. Tecn. Aol. 2, n. 1, p. 45-

    quenos defeadas sob a, de mod

    pequenasncia das inomportamenada pela obz respeito

    nto do limite a de alguns a

    79, foram fs incluses a de algunsncluses coses, paratlica com a no forama menos da

    mao, de tros acima adas para es na avalde rolamen

    retamente lao o pea zona de trao nos ela aberturaque a sua e uma trince a aplica

    mente contrde trinca

    muitos ensacclicas tra

    Apl. Aeron. -52, out. 2010

    eitos sobrea tica

    do que ess trincas3. ncluses nnto em fadbservao d

    forma e

    de resistncios3.

    feitos estudsobre o co

    s aos, vinom o efeito a relacionara resistncim obtidos a confirmaque somede 30 m da medida iao da v

    ntos12. igada resrfil de tensnucleao esforos c

    a da ponta neutraliza

    ca. Da meso de tensribuir paras por fadiaios de fadativas. O p

    47

    e a da tes

    A no iga

    das e

    a

    dos om-cu-de

    r a a re-

    o nte de-da

    vida

    sis-es da

    cli-da

    o ma es a o ga. iga

    pro-

  • Alguns fatores que afetam o comportamento de aos de uso aeronutico sob fadiga

    R. Educ. Tecn. Apl. Aeron. vol. 2, n. 1, p. 45-52, out. 2010 48

    cesso de shot peening13 se caracteriza pelo jateamento da superfcie da pea pronta com pequenas esferas de ao. As deformaes suaves causadas pelo impacto das esferas contra a superfcie da pea resultam na intro-duo de tenses residuais compressivas, que por sua vez, neutralizam parcialmente as ten-ses trativas cclicas aplicadas.

    comum que o processo de usinagem tambm introduza tenses residuais na super-fcie da pea. Em geral, a usinagem de aos mais moles pode resultar em tenses residu-ais trativas na superfcie, prejudicando a re-sistncia fadiga da pea. Por outro lado, a usinagem de aos mais duros pode introduzir tenses residuais compressivas, beneficiando a resistncia fadiga da pea. Assim, inte-ressante que peas usinadas em ao sejam estudadas do ponto de vista das tenses resi-duais e, caso sejam detectadas tenses resi-duais trativas, recomenda-se um tratamento trmico para o alvio de tenses.

    2 PARTE EXPERIMENTAL

    Neste trabalho, foi usado o ao 35NCD16, de uso aeronutico, geralmente empregado para compor peas do trem de pouso. Suas caractersticas so prximas s do ao SAE 4340, a menos da presena de incluses no metlicas no ao 35NCD16.

    Foram usinados trs corpos de prova se-gundo a norma ASTM E 8M e submetidos ao ensaio esttico de trao, para se caracterizar o ao e compar-lo com as especificaes de catlogo.

    Foram usinadas, em um torno CNC, amostras conforme a Figura 7, para serem submetidas aos ensaios de fadiga por flexo rotativa. Aps a usinagem, cada amostra foi submetida a um polimento da parte central curvilnea, desde a lixa de granulometria 400 at a lixa de granulometria 1000, para eliminar toda e qualquer marca deixada pela ferra-menta de corte durante a usinagem. A condi-o do polimento foi verificada atravs da me-dida de rugosidade com um rugosmetro por-ttil Mitutoyo, modelo Surf Test 301. As amos-tras no foram tratadas termicamente, nem para tmpera, nem para alvio de tenes in-troduzidas devido usinagem. Por fim, foi me-dida a dureza na superfcie central de uma amostra aps o polimento e a medida da mi-crodureza a 40 m abaixo da superfcie.

    FIGURA 7 Amostra para ensaios de fadiga por flexo rotativa.

    2.1 Medida da tenso residual

    Se a usinagem das amostras implicou na introduo de tenses residuais prximas da superfcie, e essas tenses permaneceram presentes durante o ensaio de fadiga, a ob-teno do perfil de tenses residuais na regio da nucleao das trincas, associada posio da incluso, permite que se discuta sobre a disperso na vida sob fadiga (nmero de ci-clos at o rompimento) de um grupo de amos-tras ensaiadas numa mesma tenso cclica.

    Uma das amostras (no ensaiada) foi submetida a uma srie de medidas de tenso residual. O perfil das tenses residuais foi ob-tido pela tensometria por raios-X, realizada no Laboratrio de raios-X, COPPE. Foram feitas nove medidas, desde a superfcie at a pro-fundidade de 300 m, com intervalos regulares de 25 m entre cada medida. Cada medida de irradiao se deu com a superfcie exposta. Assim, as camadas foram retiradas por corro-so eletroltica para evitar alteraes no valor da tenso residual. As camadas foram retira-das formando uma janela na superfcie da amostra com lados de aproximadamente 3 mm.

    2.2 Os ensaios de fadiga

    Foram utilizadas 24 amostras para os en-saios de fadiga por flexo rotativa. A Figura 8 mostra o esquema desses ensaios.

    Para se esboar uma curva de Wller (tenso por profundidade) do ao 35NDC16, foram escolhidas tenses cclicas de 891 MPa (90% da tenso de escoamento trs amostras), 801 MPa (cinco amostras), 751 MPa (cinco amostras), 701 MPa (trs amostras), 691 MPa (quatro amostras), 681 MPa (duas amostras) e 671 MPa (68% da tenso de escoamento - duas amostras). Os ensaios de fadiga foram realizados numa mquina Veb Werkstoffprufmaschinen Leipzig,

  • modelo saios Mde Gua

    FIGURA 8

    2.3 A aAp

    as anlipermitirtrincas essas n

    Devdas, a (MEV) tintos: d(CTA (INPE amostrauma prigeral dorigem examinaidentificmetlicametlicaconfirmapor meida amofeixe de

    3 RES3.1 Carmedida

    O etenso de escoantes d40 HRcseu intecamadadureza microdu47 HRcnagem

    UBM 520/Mecnicos d

    ratinguet/U

    Ensaio de fa

    nlise por

    s a rupturises por MEram a locale das inclu

    nuclearam avido ao n

    microscopfoi realizaddo DEMAR So Jos

    So Ja foi examimeira meno

    da superfcda trinca, ear o ponto

    car eventuaas. Diantea, foi feitar a naturezio de emissostra aps e eltrons (E

    SULTADOS Eracteriza

    as da tens

    ensaio esttde ruptura

    oamento dea usinagem em sua serior. Com a com 40 H

    superficial ureza 40 mc. Esses res

    a frio das

    /86/9, do Lada FaculdadUNESP.

    adiga por flex

    MEV

    ra por fadigEV das supeizao das

    uses no mas trincas. mero de a

    pia eletrnida em trs R (USP L dos Camos dos nada em dor, para se ie de fratue uma seg

    o de nucleais defeitos

    e de umata uma aza no-metso de raioser bomba

    EDS).

    E DISCUSSo do aoo residual

    tico de trade 1107 M

    e 989 MPa.m apresentosuperfcie ea usinagemRc, ficandode 38 HR

    m abaixo dasultados suamostras

    aboratrio dde de Enge

    o rotativa14.

    ga das amoerfcies de f

    s nucleaemetlicas q

    amostras aca de varlaboratrio

    Lorena), dompos) e doCampos).

    duas magnitomar uma

    ura e localunda maiorao da triou inclusea inclusoanlise patlica da incos-X provenardeadas p

    O 35NCD16

    o fornecePa e uma t O tarugo d

    ou uma duree de 38 HRm, foi elimino a pea comRc. A media superfciegerem queresultou em

    de En-enharia

    ostras, fratura es das quando

    nalisa-rredura os dis-o AMR o LAS

    Cada itudes, a viso lizar a r, para inca e es no o no ra se cluso, nientes por um

    6 e as

    u uma tenso do ao eza de Rc em nada a m uma ida da

    e foi de a usi-

    m uma

    tenso ressuperfcie d

    O perfamostra n

    FIGURA 9 - Peaps a usinag

    Partinddas amostrconjunto hoo perfil motodas as amfadiga aprepressivas nde 250 msivas, variinfluenciarapropagaofadiga. Detenso resicontrada nde 40% dacerca de 6cada nos em vida Tabela 1. efeitos da a nucleano so de

    3.2 Os enimagens d

    Na Tabobtidos norotativa, incMEV nas ztodos os cnuclearam

    A tabeconsidera

    1) a (891 MPa) sem a pres

    -400

    -300

    -200

    -100

    0

    100

    Tens

    o R

    esid

    ual (

    MPa

    )

    Rvo

    sidual comda amostra.fil da tenso ensaiada

    erfil de tensegem.

    do da hiptras em tornomogneo ostrado na mostras suesentaram no desprez. Essas tenveis em fam de algumo das trincaeve ser obidual comp

    na superfcia tenso de60% da meensaios deinfinita, coEsses va

    tenso reso e propag

    esprezveis.

    nsaios dede MEV

    bela 1 apreos ensaioscluindo as

    zonas de nucasos, as trincas.

    ela permite es conclus

    aplicao implicou n

    sena de in

    0,00 0,05 0,10

    tenso nula

    superfcie

    Pro

    . Educ. Tecn. Aol. 2, n. 1, p. 45-

    mpressiva n.

    so residuaa mostrad

    es residuais e

    tese de quenos CNC ree reprodutFigura 9 a

    bmetidas atenses re

    zveis at anses residufuno da ma forma nas durante bservado quressiva de ie, corresp

    e escoamenenor tense fadiga, quomo pode alores sugesidual compao da trin

    fadiga e

    esentam-se s de fadiginformae

    ucleao daincluses n

    que se fasivas:

    da tensona nucleancluses, co

    0 0,15 0,20

    ofundidade (mm)

    Apl. Aeron. -52, out. 2010

    na regio

    al medida o na Figura

    em uma amo

    e a usinagesulte em tivo de peassegura qos ensaios esiduais coa profundidauais comprprofundidaa nucleaos ensaios ue o valor 380 MPa, eonde a ce

    nto do ao eo cclica aue resultarser visto

    erem que pressiva sobnca por fad

    e respectiv

    os resultada por flex

    es obtidas pas trincas. Eno metlic

    aam algum

    o cclica ao de trinc

    omo era de

    0,25 0,30

    49

    da

    na a 9.

    stra

    em um

    as, que

    de om-ade es-de, o e de da

    en-rca e a pli-

    ram na os

    bre iga

    vas

    dos xo por Em cas

    mas

    alta cas se

  • Alguns fatores que afetam o comportamento de aos de uso aeronutico sob fadiga

    R. Educ. Tecn. Apl. Aeron. vol. 2, n. 1, p. 45-52, out. 2010 50

    esperar;

    2) tenses cclicas intermedirias (801 MPa e 751 MPa) implicaram em situaes mistas de nucleao das trincas; observe-se que as vidas mais longas ocorreram nos casos onde no havia incluses nucleando as trincas; observe-se ainda que as vidas mais curtas ocorreram nos casos onde havia incluses superficiais;

    3) a aplicao de tenses cclicas inferiores (701 MPa, 691 MPa e 681 MPa) implicaram na nucleao de todas as trincas em torno de incluses no metlicas; a exemplo do ocorrido com as aplicaes de 801 MPa e de 751 MPa, em 701 MPa e em 681 MPa, as incluses na superfcie tambm implicaram em vidas mais curtas. TABELA 1 Nmero de ciclos at a ruptura para amostras submetidas ao ensaio de fadiga.

    Tenso (MPa)

    % da tenso de

    escoamento

    Ciclos at a

    ruptura x 103

    Identific. do cdp.

    Observaes

    891 90 19,1 35,4 14,2

    18 64 24

    Sem incluses Sem incluses Sem incluses

    801 81

    104,9 66,7

    285,6 61,4

    219,1

    01 10 54 62 04

    Incluso a 130 mInclus. superficial Sem incluses Inclus. superficial Incluso a 60 m

    751 76

    61,5 163,9 209,1 297,5 156,6

    02 42 03 60 05

    Inclus. superficial Incluso a 140 mIncluso a 95 m Sem incluses Incluso a 170 m

    701 71 2726,3 1329,9 569,7

    06 07 08

    Incluso a 130 mIncluso a 280 mInclus. subsuperf.

    691 70

    2176,8 1308,9 4341,9 2198,4

    B1 B2 B3 B4

    Incluso a 300 mIncluso a 200 mIncluso a 70 m Incluso a 180 m

    681 69 3631,4 2078,2 09 67

    Incluso a 75 m Inclus.subsuperf.

    671 68

    10.000 (inf.)

    10.000 (inf.)

    B5 B6

    Sem fractografia Sem fractografia

    O conjunto dos resultados dessa tabela apresenta uma coerncia clara quanto me-nor vida das amostras que possuiam incluses na superfcie. A nica exceo ocorreu sob a aplicao de 671 MPa, donde se pode inferir que nenhuma das quatro amostras ensaiadas sob essa tenso possua defeitos ou incluses superficiais. O fato de as fractografias (imagem da regio de fratura) por MEV terem permitido a exata localizao de cada incluso que gerou a trinca associado ao fato de incluses superficiais terem implicado em vidas nitidamente mais curtas, sugere que se

    tente relacionar as vidas sob fadiga e respectivas posies das incluses (e nucleaes de trinca) com o perfil de tenses residuais mostrado na figura 9. Assim, fez-se o perfil de vidas sob fadiga em funo da profundidade da incluso (nucleao da trinca) para uma mesma tenso cclica aplicada.

    Para comparar todos os resultados sobre a vida sob fadiga em uma nica escala, a figura 10 apresenta pontos que permitem a visualizao de uma eventual influncia da posio da incluso (ponto de nucleao da trinca) sobre a vida sob fadiga das amostras. Como foram considerados todos os nveis de tenso cclica onde a trinca foi nucleada por uma incluso, os valores foram normalizados em cada nvel de tenso, sendo a maior vida nessa tenso normalizada em 100%.

    FIGURA 10 - Vidas sob fadiga (normalizadas) sob 5 ten-ses diferentes em funo da profundidade da incluso que nucleou a trinca.

    O comportamento da curva tracejada, feita na tentativa de se seguir a tendncia sugerida pela distribuio dos pontos, pode ser expli-cada se for levado em conta o perfil de ten-ses residuais mostrado na Figura 9.

    Alm da confirmao de que defeitos e in-cluses superficiais implicam em vidas sob fadiga menores, visto que a trinca superficial no precisa vencer o metal ntegro em um dos lados, verifica-se que as maiores vidas ocorre-ram quando a incluso que nucleou a trinca localizava-se entre 50 m e 150 m de pro-fundidade, ou seja, na zona onde a tenso residual compressiva, variando entre 250 MPa (50 m) e 50 MPa (150 m). A menor vida sob fadiga ocorreu para a posio da incluso a 200 m de profundidade, notoriamente na zona onde a tenso residual tende a se anular. Trincas nucleadas devido a incluses mais profundas voltaram a se

  • R. Educ. Tecn. Apl. Aeron. vol. 2, n. 1, p. 45-52, out. 2010 51

    propagar mais lentamente e resultaram em vidas sob fadiga maiores.

    Dessa forma, ficou confirmado que existe uma influncia do nvel da tenso residual compressiva sobre a velocidade da propaga-o da trinca na sua zona de nucleao. Pode-se inferir que a trinca nucleada dentro de uma zona submetida a uma tenso residual compressiva propaga-se com maior dificul-dade do que uma trinca nucleada fora dessa zona. Esta ltima pode atravessar a zona submetida tenso residual compressiva mais facilmente do que uma trinca gerada no seu interior. Fica a idia de que a trinca nucleada no interior da zona comprimida pode, em caso extremo, ficar nela confinada. J as incluses existentes em camadas mais profundas da amostra tendem a se propagar mais lenta-mente (ou no nuclearem trincas) por precisa-rem vencer maiores quantidades de metal n-tegro em todas as direes.

    4) CONCLUSES

    1) a anlise por MEV da superfcie de fra-tura de amostras ensaiadas sob fadiga por flexo rotativa permite relacionar a vida sob fadiga com a posio da incluso que nucleou a trinca; o espalhamento dos resultados dos ensaios de fadiga pode no ser estatstico, mas um reflexo da posio das incluses que nuclearam as trincas;

    2) se for feito o perfil das tenses residu-ais existentes na regio onde se nucleiam trin-cas, ser possvel se fazer a relao entre a vida sob fadiga, a tenso residual e a posio do ponto de nucleao da trinca devido existncia de incluses no metlicas;

    3) estudada essa relao, verifica-se que trincas nucleadas no interior de zonas sob tenso residual compressiva tem a sua propa-gao retardada;

    4) defeitos ou incluses superficiais redu-zem sensivelmente a vida sob fadiga em rela-o vida devida a defeitos ou incluses existentes em camadas sub-superficiais ou mais profundas.

    AGRADECIMENTOS

    Ao AMR (CTA) EEL (USP) e ao INPE, pelas microscopias eletrnicas de varredura.

    EDE- Liebherr, pelo fornecimento do ao 35NCD16.

    Enthone-OMI do Brasil, pelos recobri-mentos anticorrosivos.

    Ao DMT/FEG/UNESP, pelos ensaios de fadiga.

    REFERNCIAS

    1 AMORIM, C. E. S. Anlise dos recobrimentos anticorrosivos aplicados sobre um ao aeronutico de alta resistncia no comportamento em fadiga. 2003, 280 f. Tese (Doutoramento em Engenharia Mecnica), Faculdade de Engenharia de Guaratinguet, Guaratinguet, 2003.

    2 MITCHELL, M. R. Material science, in Short course on fatigue, SAE Brasil International Conference on Fatigue, So Paulo, SP, Brazil, December 12th 14th, 2001.

    3 MURAKAMI, Y.; KODAMA, S.; KONUMA, S. Quantitative evaluation of effects of non-metallic inclusions on fatigue strength steels I: Basic fatigue mechanism and evaluation of correlation between fracture stress and the size and location of non-metallic inclusions. Int. J. Fatigue, p. 291-298, Sept. 1989.

    4 MURAKAMI, Y.; USUKI, H. Quantitative evaluation of effects of non-metallic inclusions on fatigue strength of high strength steels. II: Fatigue limit based on statistics for extreme values of inclusions size. Int. J. Fatigue, p. 299-307, Sept. 1989.

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    7 MURAKAMI, Y.; ENDO, M. Effects of defects, inclusions and inhomogeneities okn fatigue strength. Fatigue, v. 16, p.163-182, Apr. 1994.

    8 MURAKAMI, Y.; BERETTA, S. Statistical analysis of defects for fatigue strength prediction and quality control of materials. Fatigue & fracture of engineering materials & structures, n. 21, p.1049-1065, 1998.

    9 Japanese Industrial Standard G 0555 Method for microscopic inspection of nom-metallic inclusions in steels (1977).

    10 ASTM, ASTM E 45 Standard test methods for determining the inclusion content of steel, ASTM vol. 03.01, 2001.

    11 ISO 4967 Micrographic determination of the content of non-metallic inclusions in steels by means of standard diagrams (1979).

  • Alguns fatores que afetam o comportamento de aos de uso aeronutico sob fadiga

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    12 UHRUS, L. O. Throught hardening steels for ball hearings effect of inclusions on endurance in clean steel 77. Iron Seel Inst., p. 104-109, 1963.

    13 VOORVALD, H. J. C.; SILVA, M. P.; COSTA, M. Y. P.; CIOFFI, M. O. H. Improvement in the fatigue strength of chromium electroplated AISI 4340 steel by shot peening. Fatigue & Structures, v. 32, p. 97-104, 2009.

    14 NASCIMENTO, M. P. Determinao da vida em fadiga do ao ABNT 4340 revestido com cromo duro sobre nquel qumico, 1999. Dissertao (Mestrado em Engenharia Mecnica, rea de Projetos e Materiais), Faculdade de Engenharia de Guaratinguet, UNESP, Guaratinguet, 1999.