O objetivo deste trabalho foi estudar o comportamento em fadiga de um gancho reduzido do tipo empregado como conector/desconector para plataformas flutuantes de extração de petróleo. Ganchos são componentes mecânicos muito utilizados em aplicações industriais e dimensionados segundo os critérios da mecânica estática. A sua utilização em estruturas offshore é recente e requer a avaliação de seu desempenho em fadiga. A influência de tensões residuais compressivas na seção mais solicitada do gancho foi avaliada nos ensaios. Estas tensões foram geradas por um teste de carga que implica em um esforço de tração que ultrapassa o limite elástico do material. A região da superfície do gancho que sofreu deformação plástica fica comprimida pelo restante do material do gancho carregado no regime elástico que tenta retornar. O mesmo efeito é observado na autofretagem de tubos ou shot peening de componentes aeronáuticos. Foram utilizados ganchos DIN 0.12, que apresentam dimensões reduzidas, para a caracterização mecânica através de ensaios de fadiga e a determinação da curva de Wöhler. Esses ensaios envolveram a comparação entre os ganchos que sofreram a carga de pré-teste (com tensões residuais) e os que não sofreram. Também foi avaliada a influência de defeitos de fundição na vida em fadiga dos ganchos. Os ganchos foram caracterizados metalurgicamente através de análise microestrutural e tamanho de grão ASTM utilizando-se Microscopia Óptica e Eletrônica de Varredura. Foram efetuadas medições de tensões residuais através do Método do Furo em ganchos instrumentados com extensômetros resistivos elétricos. As tensões residuais compressivas induzidas pelo teste de carga tiveram grande influência nos testes de fadiga, aumentando a performance dos ganchos e assegurando sua integridade estrutural.

O objetivo deste trabalho foi estudar o comportamento em fadiga de um gancho reduzido do tipo empregado como conector/desconector para plataformas flutuantes de extração de petróleo. Ganchos são componentes mecânicos muito utilizados em aplicações industriais e dimensionados segundo os critérios da mecânica estática. A sua utilização em estruturas offshore é recente e requer a avaliação de seu desempenho em fadiga. A influência de tensões residuais compressivas na seção mais solicitada do gancho foi avaliada nos ensaios. Estas tensões foram geradas por um teste de carga que implica em um esforço de tração que ultrapassa o limite elástico do material. A região da superfície do gancho que sofreu deformação plástica fica comprimida pelo restante do material do gancho carregado no regime elástico que tenta retornar. O mesmo efeito é observado na autofretagem de tubos ou shot peening de componentes aeronáuticos. Foram utilizados ganchos DIN 0.12, que apresentam dimensões reduzidas, para a caracterização mecânica através de ensaios de fadiga e a determinação da curva de Wöhler. Esses ensaios envolveram a comparação entre os ganchos que sofreram a carga de pré-teste (com tensões residuais) e os que não sofreram. Também foi avaliada a influência de defeitos de fundição na vida em fadiga dos ganchos. Os ganchos foram caracterizados metalurgicamente através de análise microestrutural e tamanho de grão ASTM utilizando-se Microscopia Óptica e Eletrônica de Varredura. Foram efetuadas medições de tensões residuais através do Método do Furo em ganchos instrumentados com extensômetros resistivos elétricos. As tensões residuais compressivas induzidas pelo teste de carga tiveram grande influência nos testes de fadiga, aumentando a performance dos ganchos e assegurando sua integridade estrutural.

O objetivo deste trabalho foi estudar o comportamento em fadiga de um gancho reduzido do tipo empregado como conector/desconector para plataformas flutuantes de extração de petróleo. Ganchos são componentes mecânicos muito utilizados em aplicações industriais e dimensionados segundo os critérios da mecânica estática. A sua utilização em estruturas offshore é recente e requer a avaliação de seu desempenho em fadiga. A influência de tensões residuais compressivas na seção mais solicitada do gancho foi avaliada nos ensaios. Estas tensões foram geradas por um teste de carga que implica em um esforço de tração que ultrapassa o limite elástico do material. A região da superfície do gancho que sofreu deformação plástica fica comprimida pelo restante do material do gancho carregado no regime elástico que tenta retornar. O mesmo efeito é observado na autofretagem de tubos ou shot peening de componentes aeronáuticos. Foram utilizados ganchos DIN 0.12, que apresentam dimensões reduzidas, para a caracterização mecânica através de ensaios de fadiga e a determinação da curva de Wöhler. Esses ensaios envolveram a comparação entre os ganchos que sofreram a carga de pré-teste (com tensões residuais) e os que não sofreram. Também foi avaliada a influência de defeitos de fundição na vida em fadiga dos ganchos. Os ganchos foram caracterizados metalurgicamente através de análise microestrutural e tamanho de grão ASTM utilizando-se Microscopia Óptica e Eletrônica de Varredura. Foram efetuadas medições de tensões residuais através do Método do Furo em ganchos instrumentados com extensômetros resistivos elétricos. As tensões residuais compressivas induzidas pelo teste de carga tiveram grande influência nos testes de fadiga, aumentando a performance dos ganchos e assegurando sua integridade estrutural.

O presente trabalho tem como objetivo verificar a influência das inclusões metálicas de bismuto na tenacidade e no comportamento em fadiga de um aço SAE 1045. O bismuto foi adicionado em três corridas com teores de 0,04-0,06% e com a intenção de melhorar a usinabilidade do aço SAE 1045 amplamente aplicado na indústria de autopeças e metal-mecânica, com a finalidade de aumento de produtividade e redução nos custos finais de fabricação dos componentes usinados. A avaliação da tenacidade foi realizada na direção longitudinal e transversal ao sentido de laminação. A avaliação do comportamento em fadiga foi realizado na orientação L-R. As técnicas empregadas no desenvolvimento deste trabalho foram ensaios de tração e dureza, microscopia eletrônica, análise de imagens, fractografias em MEV, ensaio Charpy e levantamento das curvas da/dN versus ∆K. Os resultados dos ensaios indicaram um pequeno efeito do bismuto na tenacidade e fadiga do aço SAE 1045 na temperatura ambiente. Além disso, verifica-se um efeito sinérgico entre o bismuto e o enxofre. Logo, as indústrias de autopeças tem uma alternativa em termos de aço SAE 1045 com usinabilidade melhorada, onde a aplicação deste aço exige uma avaliação das condições e solicitações em que o componente irá trabalhar. / The aim of this work was to analyze the effects of the metallic inclusions of bismuth in SAE 1045 steel. The study focused on the toughness o f the steel and the role o f metallic inclusions in fatigue crack growth. Bismuth was added in the three heat in a range of 0,04-0,06% with the main goal being to improve the machinability o f SAE 1045 steel. This steel is utilized in many autoparts and therefore an increase in machinability o f this steel would help to reduce production costs. Toughness was measured and analyzed in transversal and longitudinal planes in relation to the rolling direction. Fatigue crack propagation studies were performed on L-R orientation. The methods applied were hardness, tensile and Charpy tests for mechanical evaluation. Scanning Eletronic Microscopic and Digital Image Analysis techniques were used for metallurgical evaluation. Fatigue crack growth behaviour was characterized by crack growth rate da/dN versus stress intensity range ∆K curves. The results of this study showed that bismuth inclusions did exert a little influence on the toughness and fatigue crack propagation of SAE 1045 steel at room temperatures. Therefore the Autoparts Industry has a good altemative for making parts with SAE 1045 with the best machinability. But the use o f this kind o f steel demands an analysis o f conditions and work stress that the parts will suffer.

O presente trabalho tem como objetivo verificar a influência das inclusões metálicas de bismuto na tenacidade e no comportamento em fadiga de um aço SAE 1045. O bismuto foi adicionado em três corridas com teores de 0,04-0,06% e com a intenção de melhorar a usinabilidade do aço SAE 1045 amplamente aplicado na indústria de autopeças e metal-mecânica, com a finalidade de aumento de produtividade e redução nos custos finais de fabricação dos componentes usinados. A avaliação da tenacidade foi realizada na direção longitudinal e transversal ao sentido de laminação. A avaliação do comportamento em fadiga foi realizado na orientação L-R. As técnicas empregadas no desenvolvimento deste trabalho foram ensaios de tração e dureza, microscopia eletrônica, análise de imagens, fractografias em MEV, ensaio Charpy e levantamento das curvas da/dN versus ∆K. Os resultados dos ensaios indicaram um pequeno efeito do bismuto na tenacidade e fadiga do aço SAE 1045 na temperatura ambiente. Além disso, verifica-se um efeito sinérgico entre o bismuto e o enxofre. Logo, as indústrias de autopeças tem uma alternativa em termos de aço SAE 1045 com usinabilidade melhorada, onde a aplicação deste aço exige uma avaliação das condições e solicitações em que o componente irá trabalhar. / The aim of this work was to analyze the effects of the metallic inclusions of bismuth in SAE 1045 steel. The study focused on the toughness o f the steel and the role o f metallic inclusions in fatigue crack growth. Bismuth was added in the three heat in a range of 0,04-0,06% with the main goal being to improve the machinability o f SAE 1045 steel. This steel is utilized in many autoparts and therefore an increase in machinability o f this steel would help to reduce production costs. Toughness was measured and analyzed in transversal and longitudinal planes in relation to the rolling direction. Fatigue crack propagation studies were performed on L-R orientation. The methods applied were hardness, tensile and Charpy tests for mechanical evaluation. Scanning Eletronic Microscopic and Digital Image Analysis techniques were used for metallurgical evaluation. Fatigue crack growth behaviour was characterized by crack growth rate da/dN versus stress intensity range ∆K curves. The results of this study showed that bismuth inclusions did exert a little influence on the toughness and fatigue crack propagation of SAE 1045 steel at room temperatures. Therefore the Autoparts Industry has a good altemative for making parts with SAE 1045 with the best machinability. But the use o f this kind o f steel demands an analysis o f conditions and work stress that the parts will suffer.

Parafusos utilizados para fixação de partes submetidos a carregamentos cíclicos, inerentemente estão sujeitos à falhas por fadiga. O presente trabalho está apoiado no estudo do conjunto carcaça/corrediça de um compressor fixado por parafusos prisioneiros - ISO M24x3. Os prisioneiros que fixam o flange da corrediça falham prematuramente por fadiga. Assim, este trabalho tem como objetivos desenvolver uma metodologia para otimizar o desempenho em fadiga do conjunto parafusado. Numa primeira fase foram realizados ensaios em parafusos de mesmas dimensões, porém de classes e processos de fabricação diferentes, para poder-se avaliar o melhor processo de fabricação no desempenho em fadiga. Observou-se que o processo de laminação da rosca seguido de tratamento térmico é o mais adequado para o caso em estudo. Em uma etapa seguinte, instrumentaram-se os prisioneiros utilizando strain gauges com os componentes em condições de serviço, para avaliar a deformação dos parafusos desde a aplicação do torque de aperto durante a montagem e acionamento do compressor até a operação em sua carga máxima. Observou-se que, apesar dos parafusos estarem submetidos à cargas dentro do regime de segurança, apresentam dispersão da pré-carga e baixa protensão de aperto. Posteriormente, foram realizados outros ensaios em laboratório com dispositivos projetados especialmente para reconstruir o flange do compressor em estudo. O dispositivo procurou traçar as características dimensionais e materiais semelhantes do conjunto carcaça/corrediça. Tem-se como conclusão principal deste trabalho, que na configuração atual de união do flange com a carcaça, resulta num baixo índice de aperto que é verificado através das cargas máximas que são transferidas diretamente ao parafuso. Por fim, verificou-se que aumentando o comprimento do parafuso através da inserção de uma bucha extensora, aumenta a vida em fadiga dos componentes de união.

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.

A abordagem convencional do comportamento em fadiga dos parafusos desconsidera o material a ser unido (os membros). Uma conexão parafusada, entretanto, deve ser analisada como um sistema completo, levando em consideração as características dos fixadores: porca, parafuso e arruelas, bem como o material a ser fixado. Neste trabalho foi analisado, através de ensaios cíclicos, o comportamento em fadiga de duas espécies de materiais fixados: aço e alumínio; e o agente de variação da tensão média foi o torque aplicado. Foram realizadas análises a partir de uma amostragem de parafusos convencionais ISO M6X1 para averiguar a confiabilidade da amostra. Tais análises consistiram em ensaios estáticos de tração, ensaios de dureza, análises químicas e microestruturais. Posteriormente foram construídas as curvas de Wöhler advindas de ensaios de fadiga realizados através de um dispositivo especial, construído de modo a possibilitar uma montagem com aplicação de torque. O valor da tensão induzida pela fixação foi obtida a partir das medidas de deformação dos parafusos. A conclusão básica deste trabalho foi que maiores valores de torque determinam maior vida em fadiga de uma união, independentemente do material fixado. Por outro lado, trabalhando-se no regime elástico, é possível dimensionar um parafuso a partir do conhecimento da solicitação externa a ser aplicada e da natureza dos materiais fixados. / The traditional approach to fatigue behavior of mechanical fasteners disregards the material of the joint to be fastened. A bolted joint, however, must be examined as a complete system, the characteristics of the fastening system, bolt, nut and washer, as well as, the clamped material should be considered. In this work the fatigue behavior of two clamped materials: steel and aluminum; and different preload conditions were studied. Conventional threaded ISO M6X1 screws were used in this study. To assure sample reliability tensile tests, hardness, chemical composition and microestrutural analysis were performed on screws from the same lot used for this work. A series of Wöhler curves, stress vs. number of cycles to failures, were plotted from data obtained using an special accessory that allowed a different preload to be applied on the screws for each test condition. The stress applied on the screw was calculated from the strain observed on the bolt. The main conclusion of this work was that higher torque resulted in an increment in the fatigue life of mechanically fastened joint, regardless of the clamped material. In the elastic regime, the design of a bolted joint is possible knowing the external loads applied to the system and the nature of the material to be clamped.

Este trabalho analisou o desempenho em fadiga de dois grupos de soldas aluminotérmicas. As soldas representam uma inovação ao processo por possuírem um ângulo de 30 e 45º em relação à seção transversal do trilho. A avaliação das soldas foi realizada seguindo recomendações de normas nacional e internacional de soldagem de trilhos e projeto para componentes submetidos a carregamentos cíclicos. As normas utilizadas foram: NBR 11449 standard - Trilho "Vignole" - Solda - Determinação da resistência à fadiga EN 14730- 1:2003 Railway Applications - Track Welding of Rails - Part 2.1. Approval of Aluminothermic Welding Processes e BSI 7608:1993 - BSI 7608:1993 - "Code of Practice for Fatigue Design and Assessment of Steel Structures". A análise das soldas compreendeu ensaio de fadiga em quatro pontos, análise metalográfica, ensaio de dureza e análise de falhas. As soldas com ângulo de 45 graus apresentaram melhor desempenho do que as juntas com ângulo de 30 graus. Para os dois ângulos, os resultados dos ensaios de fadiga são iguais ou superiores em comparação com soldas transversais ensaiadas em condições similares. A nova geometria da solda atende as exigências da norma nacional, ainda que, defeitos superficiais do tipo falta de fusão e bordamento da solda (flashing/finning) tenham diminuído o desempenho das juntas aluminotérmica em ângulo. As soldas possuem microestrutura e geometria recomendadas. O processo produz soldas com ZAC estreitas, o que confirma a vantagem do processo no controle de defeitos do tipo canoamento nas condições de serviço das ferrovias de carga pesada. O processo de solda aluminotérmica em ângulo possui grande potencial para se tornar um novo método de soldagem aplicável em ferrovias de carga pesada. Algumas modificações nos procedimentos de soldagem e material de consumo, contudo, devem ser realizadas para aumentar a vida em fadiga das soldas. / This work analyzed the fatigue performance of two aluminothermic welds groups. The welds represent an innovation in process because they utilize a 30 and 45 degree angle joint. The welding evaluation was performed according to recommendations from NBR 11449 standard - Trilho "Vignole" - Solda - Determinação da resistência à fadiga (Fatigue resistance evaluation) and international standards EN 14730-1:2003 Railway Applications - Track Welding of Rails - Part 2.1. Approval of Aluminothermic Welding Processes and BSI7608:1993 - BSI 7608:1993 - "Code of Practice for Fatigue Design and Assessment of Steel Structures". The welding analysis included: four points bending fatigue tests, metallographical analysis, hardness test and failure analysis. The 45 degree angle joint shown better performance than 30 degree For both geometries the fatigue tests results are similar or superior in comparison to conventional welding found in literature. The new joint design fit the brazilian fatigue requirements, although superficial welding defects of the flashing/finning and lack of fusion type have diminished the welds performance. The microstructure and weld profile are as recommended. This new approach to welding process produces a narrow HAZ, which is advantageous to controlling defects such as weld batter effect in the weld profile during service in heavy haul railroads. Aluminothermic angle welding has great potential to be a new welding technique applicable to group maintenance of heavy haul railroads. However, some improvements in the welding procedure, mold materials and design should be made to increase the fatigue life of the angle welding technique.

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.