65ª Reunião Anual da SBPC

B. Engenharias - 1. Engenharia - 9. Engenharia Mecânica

ESTUDO TEÓRIO DE METODOLOGIA PARA ENSAIO DE TENACIDADE À FRATURA EM AVALIAÇÃO DO PARÂMETRO CTOD DO AÇO SAE 5140

Jadson Freitas de Holanda - Departamento de Ciências Ambientais e Tecnológicas – UFERSA Vitor Messias Silva e Souza - Departamento de Ciências Ambientais e Tecnológicas – UFERSA Bruno Mycaell da Cunha Oliveira - Departamento de Ciências Ambientais e Tecnológicas – UFERSA Fabrício José Nóbrega Cavalcante - Prof.MSc./Orientador - Departamento de Ciências Ambientais e Tecnológicas–UFERSA

INTRODUÇÃO:

O estudo da fratura torna-se importante pela busca de condições de prevenção ou controle de tal fenômeno, já que os materiais não são perfeitos. Visando um melhor entendimento para o comportamento da fratura nos materiais, o estudo da mecânica da fratura tem-se destacado na avaliação da resistência dos materiais sólidos que contém falhas ou trincas pré-existentes sob a ação de cargas aplicadas externamente. Para tal avaliação, um importante parâmetro de da utilizado é o CTOD (Crack Tip Opening Displacement), que representa a medição do deslocamento da abertura da ponta da trinca como parâmetro crítico de iniciação do processo de fratura, com isso, os resultados podem possibilitar projetos que utilizem materiais imperfeitos sem oferece riscos de fratura durante sua utilização. Os princípios da mecânica da fratura e a avaliação de parâmetros de checagem da tenacidade, CTOD, aplicados ao aço SAE 5140 será o principal objetivo de estudo do presente trabalho, avaliando-se teoricamente o CTOD, com determinação de uma metodologia para o ensaio de tenacidade à fratura, do aço citado.

OBJETIVO DO TRABALHO:

Aplicar uma metodologia baseada no estudo da norma ASTM E-1820 para realização de ensaios teóricos de mecânica da fratura com a determinação e avaliação do parâmetro CTOD, avaliando os resultados simulados com base em estudos do ensaio de tenacidade à fratura do aço SAE 5140.

MÉTODOS:

O método a ser seguido foi baseado em estudos referentes à mecânica da fratura conforme análise da norma ASTM E-1820, além de trabalhos acadêmicos relacionados com o tema. Para o trabalho foi avaliado o Aço SAE 5140. Utilizou-se 5 corpos de prova do tipo SE(B), conforme norma ASTM E-1820, com W=2B. Para a simulação, foram adotados: espessura B=10 mm e largura W=20 mm. Considerou-se um comprimento inicial de trinca de a0=9,60 mm. Antes do ensaio de CTOD determina-se o limite de escoamento do material, em seguida, confecciona-se uma pré trinca de fadiga seguindo os critérios da norma citada. O corpo de prova é fixado na uma máquina de teste. Posiciona-se um clip gage na abertura do entalhe do corpo de prova para medir o seu deslocamento, determinando-se o valor da tenacidade a fratura do material. Com isso foi realizado, através do software Microsoft Excel, os cálculos do CTODcrit., que é determinado pela soma do CTODelást. mais o CTODplást. depois efetuou-se cinco variações, de 3 em 3mm, nos valores das dimensões W e a 0. Por fim, foi construído um gráfico CTODcrit.x (a 0/W) obtendo-se os resultados para cada condição proposta.

RESULTADOS E DISCUSSÃO:

Com auxílio das equações e da metodologia fornecida pela norma ASTM E-1820 foi possível a obtenção dos valores de CTOD de todos os corpos de prova, com a geração dos gráficos das condições propostas. Os gráficos gerados descrevem a queda do CTODcrit. devido ao aumento do tamanho da trinca nos corpos de prova. Os resultados obtidos apresentaram-se coerentes com a literatura, já que, em todas as amostras foi possível a observação de gráficos decrescentes relacionado ao aumento da relação a 0/W.

CONCLUSÕES:

O presente trabalho simulou por meio da norma ASTM E-1820 e de trabalhos acadêmicos relacionados ao tema, a metodologia necessária para o desenvolvimento de um ensaio de tenacidade a fratura com a obtenção do parâmetro de CTOD. Sendo possível a demonstração dos passos necessários para a realização do ensaio de maneira correta e de acordo com a norma trabalhada. Do mesmo modo, foram obtidos resultados equivalentes a trabalhos experimentais utilizados como referência. Além disso, observou-se que em todos os gráficos CTODcrit.x a0/W, gerados pela análise dos 5 corpos de prova, apresentou uma diminuição do CTODcrit. na medida que o termo a0/W aumenta. Com isso é possível afirmar que os resultados alcançados e demonstrados em todos os gráficos foram esperados, visto que, o aumento da razão a0/W demonstra um aumento na dimensão do corpo de prova, inclusive no próprio entalhe, já que sua dimensão depende da largura W, logo, com um corpo de prova de dimensões maiores, causa uma diminuição no valor de CTODplást. tendo assim uma influência direta na diminuição do valor do CTODcrit.

Palavras-chave: Mecânica da Fratura, CTOD, Aço SAE 5140.