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[en] ANALYSIS OF MICROSTRUCTURAL DAMAGE IN AN INTERSTITIAL FREE STEEL AFTER VERY HIGH CYCLE FATIGUE / [pt] ANÁLISE DE DANOS MICROESTRUTURAIS EM UM AÇO INTERSTITIAL FREE APÓS FATIGA DE ALTÍSSIMO CICLO

HELDER KEITARO ARCARI AMBO 07 July 2022 (has links)
[pt] Pesquisas atuais evidenciam que diversos materiais com aplicação nas indústrias automotiva, ferroviária, aeronáutica e aeroespacial não apresentam um limite de fadiga. Porém, em torno de 1860 Wohler propôs a curva S-N (tensão - número de ciclos), admitindo um conceito que há um limite de fadiga, estipulado na época como 1E5 ciclos e considerado como vida infinita em fadiga. Contudo, com os avanços tecnológicos, inúmeros componentes falham na condição de vida infinita, de maneira contrária ao proposto por Wöhler. Atualmente, se considera 3 regimes distintos de fadiga: fadiga de baixo ciclo, fadiga de alto ciclo e fadiga de altíssimo ciclo. Nas indústrias automotivas há um extensivo uso de chapas de aço para a fabricação de componentes de geometria complexa. Neste contexto, o aço interstitial free (IF – aços com baixa quantidade de átomos intersticiais), é um dos materiais de largo emprego, em função da sua excelente estampabilidade. O aço IF apresenta uma microestrutura ferrítica com uma baixíssima quantidade de elementos intersticiais. Interstícios com carbono e nitrogênio são estabilizados pelo titânio (Ti) ou nióbio (Nb) formando frações de volume extremamente pequenas na matriz ferrítica de carbetos e nitretos. O trabalho baseia-se na investigação experimental dos danos microestruturais no aço IF após carregamentos cíclicos de longa duração. Amostras do aço IF estabilizado pelo Ti foram submetidas a ensaios ultrassônicos de fadiga com carregamentos superiores a 1E7 ciclos. Se observou o aparecimento de danos microestruturais (persistent slip bands, PSB s) após determinado número de ciclos. Por meio de análise no microscópio ótico foi estimado que 97,76 por cento da vida em fadiga foi destinado para nucleação de trinca enquanto 2,23 por cento para a propagação de trinca. Houve o projeto de um novo corpo de prova para a máquina de fadiga de altíssimo, com o intuito de acompanha a superfície do material durante os ensaios. É proposto a equação da curva S-N fadiga de altíssimo ciclo com os dados extraídos dos testes. E por fim, é sugerido um fator de correção na equação de deformação plástica cisalhante nos PSB s formados / [en] Current research shows that several materials with application in the automotive, railway, aeronautical and aerospace industries do not have a fatigue limit. However, around 1860 Wohler proposed the S-N curve (stress - number of cycles), admitting a concept that there is a fatigue limit, stipulated at the time as 1E5 cycles and considered as infinite fatigue life. Although, with technological advances, numerous components fail in the condition of infinite life, contrary to what Wöhler proposed. Currently, 3 different fatigue regimes are considered: low cycle fatigue, high cycle fatigue and very high cycle fatigue. In the automotive industries there is an extensive use of sheet steel for the manufacture of components with complex geometry. In this context, interstitial free steel (IF steel) is one of the widely used materials, due to its excellent stampability. IF steel has a ferritic microstructure with a very low amount of interstitial elements. Interstices with carbon and nitrogen are stabilized by titanium (Ti) or niobium (Nb) forming extremely small volume fractions in the ferritic matrix of carbides and nitrides. The work is based on the experimental investigation of microstructural damage in IF steel after long-term cyclic loading. Samples of Ti-stabilized IF steel were subjected to ultrasonic fatigue tests with loads greater than 1E7 cycles. It was observed the arising of microstructural damage (persistent slip bands, PSB s) after a certain number of cycles. By means of image analysis in the optical microscope, it was estimated that 97.76 percent of the fatigue life was destined for crack nucleation while 2.23 percent for crack propagation in very high cycle fatigue regime. There was the project of a new specimen for the very high fatigue machine, in order to accompany the surface of the material during the tests. It is proposed the equation of the curve S-N fatigue of very high cycle os with data extracted from the tests. Finally, a correction factor is suggested in the plastic shear deformation equation in PSB s based on experimental data.

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