[pt] Os Ensaios Não-Destrutivos são técnicas utilizadas na inspeção de materiais e equipamentos sem dano a integridade física, podendo ser executados nas etapas de pós-fabricação, montagem, operação e manutenção. São utilizados pela indústria como ferramenta de controle e garantia da qualidade de materiais, produtos e processos. Esta pesquisa teve como objetivo identificar trincas e estimar o seu comprimento em corpos de prova de aço DIN 42CrMo4, adotando diferentes técnicas de END. Os corpos de prova foram de um eixo virabrequim de um motor Diesel, utilizado como unidades geradora em usinas termoelétricas, que falhou por fadiga de baixo ciclo. Os corpos de prova foram projetados de acordo com as normas ASTM E1820, ASTM E1290 e ISO 15653, bem como adotando sugestões de inspetores de ultrassom quanto a uma geometria que otimizasse a eficiência das medições. Subsequente ao trincamento dos corpos de prova em fadiga, os mesmos foram inspecionados com o emprego das técnicas de Radiografia Digital (RD), Ultrassom Phased Array (UT-PA), métodos Pulso-Eco (PE) e Time os Flight Diffraction (TfOD), e Tomografia Computadorizada (TC). Em sequência, os corpos de prova foram fraturados com o uso de uma carga em flexão e nitrogênio liquido, o que permitiu a medição real dos comprimentos das trincas. As técnicas de UTPA, RD e TC indicaram tamanhos de trincas próximos entre si. Nos métodos de PE e ToFD, de UT-PA, se observou que a indicação das trincas sofre influência da distancia entre o cabeçote do equipamento e a posição da trinca. Em trincas menores, essa influência é mais acentuada, levando a uma medição errônea do comprimento da trinca. A técnica de RD apresentou um bom resultado da medida lateral da trinca, porem foi necessário um processamento digital da imagem para obtenção de melhores resultados, explicado devido a sensibilidade do ensaio à geometria do corpo de prova e da densidade do material utilizado. Já a TC apresentou imagens melhores e medidas de trinca similares se comparada com a RD, o que pode influenciar em outros tipos/dimensões de defeitos. Em compensação, sofre mais influencia do volume de material presente no entorno do defeito, o que impossibilitou a detecção de defeitos em algumas amostras. / [en] Non-Destructive Testing (NDT) are techniques applied to materials and equipment inspection without integrity degradation and can be performed in the post-manufacture, assembly, operation and maintenance stages. Those techniques are used by the industry to control a guarantee the quality of materials, products and processes. The aim of this research was to identify cracks and estimate their length on DIN 42CrMo4 steel specimens adopting different NDT techniques. The material to the test specimen was taken from a crankshaft of a Diesel engine, utilized as generating units in thermoelectric power plant, which has failed due to low cycle fatigue. The test specimen were designed according to ASTM E1820, ASTM E1290 and ISO 15653 standards, as well as suggestions made by NDT inspectors for a geometry that optimized the efficiency of the measurement. Subsequent to the fatigue induced crack on the specimens, they were inspected using, Digital Radiography (RD), Phased Array Ultrasound (UT-PA), Pulse-Echo (PE) and Time of Flight Diffraction (ToFD) methods, and Digital Tomography (TC). The specimens were then fractured with a bending load and liquid nitrogen, which allowed the measurement of the real crack length. UT-PA, PE and ToFD, and RD techniques showed a closer estimate crack size among then. It was observed that both UT-PA methods, PE and ToFD, presented an influence of the distance between the equipment head and the crack position, on the crack measurement. This was more pronounced in smaller cracks, leading to an erroneous measurement of the crack length. The RD technique presented a good a good result of lateral crack length, but a good digital image processing was necessary to obtain these results, explained by the sensitivity of the test to the geometry to the geometry of the specimen and to the material density. TC presented better imaging and similar lateral crack lengths when compared to RD, which could influence the detection of other types/dimensions of defects. In contrast, it is more influenced by the volume of material around the object, which made it impossible to detect defects in some samples.

[pt] Critérios de fadiga multiaxial para vida infinita tinham por objetivo apenas avaliar a ocorrência de fratura em um componente mecânico quando submetido a carregamentos multiaxiais totalmente reversíveis. Carpinteri e Spagnoli propuseram uma modificação em seu próprio modelo, substituindo por outros parâmetros os limites de resistência à fadiga em flexão f−1 e torção t−1 para ensaios totalmente reversíveis, introduzindo na equação uma variável nf que permitiu realizar uma previsão de vida em fadiga finita. O objetivo do presente estudo é verificar experimentalmente a consistência dessa modificação. A metodologia consistiu em obter experimentalmente curvas de Wohler para tração e torção referentes ao aço DIN 42CrMo4 a fim de obter os parâmetros m e m(asterisco), que são os coeficientes angulares das mesmas em escala log-log, produzindo meios para a aplicação do critério. Como o equacionamento do modelo não apresenta solução analítica, foi desenvolvido uma solução numérica para obter junto ao critério uma previsão teórica de vida em fadiga. Adicionalmente, o estudo busca discutir acerca de uma possível relação direta entre amplitude de tensão normal, amplitude de tensão cisalhante e número de ciclos para falha. O modelo em si apresentou consistência parcial com os experimentos, tendo sido assertivo nos ensaios de torção pura, mas discrepante em ensaios de tração pura. Para carregamentos combinados, houve razoável precisão em dois casos e grande dispersão em outra, mas a avaliação final depende de mais pontos experimentais. / [en] Infinite-life multiaxial fatigue criteria had only the ability to evaluate whether or not fatigue failure is to occur to a mechanical componente once subjected to multiaxial fatigue loadings. Carpinteri e Spagnoli proposed a modification to their own model, substituting both fully reversed bending and torsion fatigue endurance limits, f1 and t−1 respectively, introducing into the equation a new variable nf, allowing the model to predict the fatigue-life of the mechanical component. The main goal of the presente study is to assess the accuracy of the modified model via experiments. The research methodology consisted in determining m and m (asterisk), which are the slopes of the S-N curves for fully reversed bending and torsion experiments on regards to DIN 42CrMo4 steel when plotted into a log-log scale, providing means to apply the model. Since there is no analytic solution to the model, the criterion s equation has to be solved numerically. Furthermore, the present study discusses the possibility of a direct relation between amplitude of normal stress, amplitude of shear stress and number of cycles to failure. The modified Carpinteri & Spagnoli s criterion proved itself to be partially consistent, presenting both accurate predictions of torsional fatigue-life and discrepant results for axial loadings. For combined loadings, the model provided two consistent results while another experimental point was proved far off. The final assessment on regards to the model s accuracy depends on more experimental points.

[pt] O presente trabalho se baseia na teoria dos defeitos equivalentes, também conhecida como teoria de Murakami, que permite a predição da vida-fadiga de materiais estruturais adotando o parâmetro (raiz quadrada de area), responsável por uma equivalência quantitativa entre heterogeneidades microestruturais (inclusões metalúrgicas) existentes na região de análise do material e descontinuidades mecânicas (furos) usinados nos corpos de prova. Neste contexto, a tese propõe novas equações, a partir da teoria de Murakami, para prever falhas por fadiga em carregamentos ultralongos (fadiga de altíssimo ciclo, VHCF) do aço DIN42CrMo4, de larga aplicação na fabricação de eixos virabrequins para unidades geradoras de usinas termoelétricas. Corpos de prova do aço DIN42CrMo4 foram usinados com furos de diâmetros variando entre 0,18 mm e 0,70 mm e ensaiados num regime de fadiga de altíssimo ciclo, variando o valor da amplitude de tensão do ensaio, para assim determinar em quais condições o material falha e obter a curva experimental S-N do aço DIN42CrMo4 na presença de diferentes tamanhos de defeitos (furos). Os resultados experimentais permitiram o desenvolvimento de equações em função do parâmetro e curvas de Wohler do material, em conformidade com diferentes descontinuidades mecânicas nos corpos de prova e resistências à fadiga do material. Consequentemente, se estabeleceu uma metodologia que permite uma correlação entre inclusões metalúrgicas, tensão aplicada e vida superlonga em fadiga de eixos virabrequins em serviço em usinas termoelétricas. / [en] The present work is based on the theory of equivalent defects, also known as Murakami s theory, which allows the prediction of the fatigue life of structural materials by adopting the parameter (square root of area), responsible for a quantitative equivalence between microstructural heterogeneities (metallurgical inclusions) existing in the region analysis of the material and mechanical discontinuities (holes) machined in the specimens. In this context, the thesis proposes new equations, based on Murakami s theory, to predict fatigue failures in ultralong loads (very high cycle fatigue, VHCF) of DIN42CrMo4 steel, widely used in the manufacture of crankshafts for generating units of thermoelectric power plants. DIN42CrMo4 steel specimens were machined with holes with diameters varying between 018 mm and 0.70 mm and tested in a very high cycle fatigue regime, varying the value of the test stress amplitude, to determine under what conditions the material failure and obtain the experimental S-N curve of DIN42CrMo4 steel in the presence of different sizes of defects (holes). The experimental results allowed the development of equations as a function of the parameter and Wohler curves of the material, in accordance with different mechanical discontinuities in the test specimens and resistance to fatigue of the material. Consequently, a methodology was established that allows a correlation between metallurgical inclusions, applied stress and super-long fatigue life of crankshafts in service in thermoelectric power plants.

[pt] Uma relação direta onde a vida em fadiga Número de ciclos por falha pode ser descrita como função das amplitudes macroscópicas de tensão normal e cisalhante, Amplitude de tensão normal macroscópica e Amplitude macroscópica da tensão de cisalhamento, é obtida. Utilizando o critério de Carpinteri e Spagnoli (CeS) como uma ferramenta de inspeção, foram obtidas curvas de nível elípticas sobre um domínio Amplitude de tensão normal macroscópica x Amplitude macroscópica da tensão de cisalhamento. A expressão das curvas de nível obtidas foi generalizada, proporcionando uma ferramenta capaz de prever o número de ciclos para falha associado a qualquer combinação (Amplitude de tensão normal macroscópica, Amplitude macroscópica da tensão de cisalhamento). As previsões obtidas através do método da curva elíptica foram comparadas às observações experimentais, bem como a previsões obtidas a partir de versões adaptadas de modelos consagrados na literatura, a saber: Findley (F), Matake (M), McDiarmid (McD), Susmel e Lazzarin (SeL), Carpinteri e Spagnoli (CeS) e Papadopoulos (P). O modelo proposto forneceu previsões em boa concordância com as observações experimentais, e sua capacidade de avaliar o comportamento em fadiga se revelou o melhor dentro todos os critérios considerados. Por fim, uma leve tendência conservadora do modelo foi atenuada através da introdução de um parâmetro de ajuste, melhorando ainda mais sua capacidade de avaliação de comportamento em fadiga. / [en] A direct relation where fatigue life Number of cycles to failure can be determined as function of macroscopic normal and shear stress amplitudes Macroscopic normal stress amplitude and Macroscopic shear stress amplitude is established. Using the Carpinteri and Spagnoli (CandS) criterion as a survey tool, elliptical level curves in the Macroscopic normal stress amplitude x Macroscopic shear stress amplitude domain were revealed and further generalised, providing means to determine the number of cycles to failure for any given (Macroscopic normal stress amplitude, Macroscopic shear stress amplitude ) combination. Predictions obtained through the elliptical curve method (E) were compared to experimental observations, as well as to predictions obtained from adapted versions of popular fatigue criteria, namely Findley (F), Matake (M), McDiarmid (McD), Susmel and Lazzarin (SandL), Carpinteri and Spagnoli (CandS) and Papadopoulos (P). The proposed model delivered predictions in fair agreement with experimental observations and its predictive capability was seen to be the best among all the considered criteria. Finally, a slight bias towards conservativeness was attenuated with the introduction of an adjusting parameter, further improving the predictive capability of the model.