Este trabalho foi estruturado visando apresentar os efeitos causados pelo shot peening (jateamento por esferas) em componentes mecânicos. Este processo introduz tensões residuais compressivas na superfície do material, o que retarda a nucleação de trincas de fadiga, promovendo aumento na vida em fadiga. O material utilizado foi o aço SAE 1060, laminado, com um perfil de 15 por 5mm. Para o jateamento foram selecionados dois tamanhos de esferas de aço: S110 e S280. Para cada tamanho foram realizadas três condições de cobertura superficial no material: 80%, 100% e 500%. Foram realizados metalografia, ensaio de tração, análise de tensões residuais, curvas de fadiga, rugosidade, perfil de microdureza e efetuadas análises da fratura e da superfície do material com e sem jateamento. Os resultados apontaram uma melhoria significativa no desempenho em fadiga com a esfera S110 na condição de 100% de cobertura associado às tensões residuais compressivas obtidas. / This work study the effects of shot peening on mechanical components. This process introduces compressive residual stresses in the surface of the material, and cause delays the nucleation of cracks of fatigue, promoting increase in the life fatigue. The material used was SAE 1060 steel, cold rolled, with section of 15x5mm. For the shot peening two sizes of steel spheres had been selected: S110 and S280. For each size three conditions of superficial covering in the material had been carried through: 80%, 100% and 500%. Had been realized analysis of metallography, tensile test, analysis of residual stresses, fatigue test, analysis of roughness, hardness test, surface analysis in the material with and without shot peening. The results indicated a significant improvement in the fatigue performance with the S110 sphere in the 100% of covering condition associated with the compressive residual stresses.

Este trabalho tem como objetivo realizar um estudo preliminar da influência da espessura na vida em fadiga de arames de aço deformados a frio. A espessura original dos arames é de 5mm e foi criada uma segunda condição, com diminuição dessa espessura para 2,5mm. Para avaliar o comportamento em fadiga do material, foram realizados testes de fadiga por carregamento em flexão com o intuito de comparar a diferença de desempenho entre as espessuras de 5 e 2,5mm. Os resultados mostraram que para os níveis de carregamento mais altos impostos sobre as amostras (1000 MPa) a condição com 2,5mm de espessura apresenta uma tendência de melhora na resistência à fadiga, essa tendência de aumento acentua-se à medida que os níveis de solicitação diminuem. A condição com espessura de 2,5mm apresentou também tendência de aumento do limite de fadiga. / The aim of this work is to make a preliminary study about the influence of thickness effect on the fatigue behavior of cold drawing steel strips. The original component’s thickness is 5mm and was carried a decrease of this thickness to 2,5mm. To evaluate the fatigue performance, was obtained bending load fatigue curves to compare the performance of the samples with 5 and 2,5 mm of thickness. The results shown that for higher load levels the fatigue strength and endurance limit had presented a tendency of increase for the 2,5mm thickness condition.

Este trabalho apresenta um estudo de camada “duplex” em aços para trabalho à quente da classe AISI H13, com enfoque em matrizes de injeção de ligas de alumínio, visando otimizar a vida das matrizes atuando tanto sobre os mecanismos de ataque superficial da matriz pelo alumínio como sobre a formação de trincas por fadiga térmica. O tratamento duplex consistiu em nitretação à plasma, com gás contendo 5% de nitrogênio e diferentes parâmetros de tempos e temperaturas, sendo as amostras posteriormente revestidas com nitreto de titânio (TiN) ou nitreto de cromo (CrN). As camadas nitretadas foram avaliadas através de análises metalográficas, perfis de dureza e difração de raios X, buscando caracterizar e qualificar a camada nitretada. Tendo sido observado na difração de raios X a presença de camada de compostos (nitretos de ferro ε e γ’) mesmo com a utilização de gás pobre em nitrogênio, foram também avaliados substratos nitretados sem a remoção mecânica dos nitretos e com um polimento para remoção destes antes da deposição. A rugosidade dos substratos nitretados com e sem a realização do polimento mecânico também foram determinados, buscando relação deste parâmetro com os resultados obtidos. O conjunto camada nitretada e depósitos (TiN ou CrN) com e sem o polimento mecânico após-nitretação foram avaliados em termos de adesão com ensaios de indentação Rockwell C com análise em microscopia eletrônica de varredura (qualitativamente) e com o teste do risco (quantitativamente) avaliando tanto as cargas críticas para a falha do filme como o modo de falha também em microscopia eletrônica de varredura. Além disso, foram realizados testes de fadiga térmica em banho de alumínio para simulação e avaliação do desempenho da camada “duplex” em condições de trabalho, bem como foram testadas duas condições de nitretação com TiN ou CrN em regime industrial. Os resultados mostram ganhos de adesão crescentes com o aumento dos tempos e das temperaturas de nitretação, além de maiores ganhos com a remoção mecânica (polimento) do substrato nitretado antes da deposição dos filmes. O comportamento, frente às condições de trabalho também foi superior para condições de nitretação com maiores tempos e temperaturas, tanto nos ensaios de laboratório com nos testes em regime industrial.

Devido a um mercado automotivo altamente competitivo e globalizado, as empresas buscam aperfeiçoar cada vez mais seus produtos, investindo em pesquisa e desenvolvimento em busca de produtos melhores, mais seguros e mais confiáveis. Dentro desse contexto, procurou-se aprofundar os estudos sobre fadiga e fadiga de contato, a fim de se obter um embasamento teórico sobre as possíveis causas de trincas e suas conseqüências, em componentes submetidos a esforços cíclicos e a temperaturas elevadas. Importante é salientar que as altas temperaturas resultam em transformações estruturais no ferro fundido. Posteriormente a esse embasamento teórico, realizou-se um caso de estudo (tambor de freio), buscando subsídios e informações sobre freios, tambores de freios e sobre materiais utilizados em sua fabricação. Sobre ele diversos tipos de análise foram realizados; análises de tensões, análises metalográficas em corpos de prova com e sem trinca e simulações da previsão da vida em fadiga, utilizando o modelo de Paris em programas matemáticos. Paralelos a esses estudos, foram realizados testes de eficiência em dinamômetro utilizando diferentes materiais. Foram utilizados componentes em Ferro Fundido Cinzento e em Ferro Fundido Vermicular a fim de se poder avaliar o comportamento dos materiais em aplicações em que se tem a fadiga de contato. Finalmente, são apresentados os resultados das análises e dos testes realizados, fazendose uma discussão acerca dos mesmos, sendo então apresentadas às conclusões e as sugestões para estudos futuros.

No início do século XIX, com a Revolução Industrial, o aço passou a ser um material competitivo e utilizado na construção de pontes que, até então, eram de pedra ou madeira. Assim, surgiram as primeiras pontes ferroviárias vencendo grandes vãos, ou seja, estruturas metálicas tracionadas submetidas a milhões de ciclos de carga, condições ideais para a fadiga de alto ciclo. Muitas destas estruturas ainda estão em tráfego, com mais de 100 anos de serviço e submetidas a carregamentos crescentes. Dado este cenário, este trabalho objetiva caracterizar as pontes metálicas ferroviárias, determinando os materiais empregados, tipos estruturais adotados e cargas utilizadas. Além disso, através de uma revisão da teoria de fadiga em aços e dos procedimentos recomendados pelas principais normas de estruturas metálicas, realiza-se um estudo de caso real de uma ponte que apresentou falha por fadiga em suas longarinas. Para tal, modela-se numericamente a estrutura e realiza-se análise experimental da mesma, através de medições in situ, para a calibração do modelo. Após, aplica-se as metodologias apresentadas nas normas e na teoria, a fim de efetuar-se a verificação à fadiga desta estrutura determinando a vida residual de seus elementos. / In the beginning of century XIX, with the Industrial Revolution, the steel started to be a competitive and used material in the construction of bridges that, until then, were of rock or wood. Thus, first great railroad bridges being successful vain, or either, tensile steel structures submitted the millions of load cycles had appeared, ideal conditions for the fatigue of high cycle. Many of these structures still are in traffic, with more than 100 years of service and submitted increasing loads. Get this scene, this objective work to characterize the railroad steel bridges, determining the used materials, structural types adopted and used loads. Moreover, through a revision of the theory of fatigue in steel and of the procedures recommended for the main codes of steel structures, is become a study of real case of a bridge that presented damage for fatigue in its stringers. For such, becomes a numerical model of the structure and experimental analysis of the same one, through measurements in situ, for the calibration of the model. After, one applies the methodologies presented in the codes and the theory, in order to effect it verification to the fatigue of this structure determining the residual life of its elements.

O estudo da propagação de trincas transversais de fadiga em trilhos ferroviários foi o objetivo principal deste trabalho. Para tanto foram utilizados trilhos do tipo Vignole do aço Niobras 200 com perfil 136 RE, produzido pela Companhia Siderúrgica Nacional, sendo um lote de trilhos manufaturado na década de 80 e outro no decorrer do ano de 1995, para serem utilizados na Estrada de Ferro Carajás. A análise do desempenho destes materiais foi feita através da interpretação dos resultados obtidos em uma bateria de ensaios mecânicos e exames metalográficos. A avaliação metalográfica dos materiais foi feita através da análise da composição química, da identificação da microestrutura existente, das análises qualitativa e quantitativa das inclusões não metálicas, da determinação do tamanho de grão austenítico prévio e da medição do espaçamento interlamelar da perlita. Os ensaios mecânicos visaram determinar valores numéricos que caracterizassem as propriedades mecânicas e, para isso, foram feitos ensaios de dureza, tração, tenacidade à fratura, fadiga por flexão rotativa e a determinação das curvas da taxa de propagação de trincas por fadiga (da/dN x ..1K). Foram, também, desenvolvidas técnicas e metodologia para a realização de ensaios de fadiga usando segmentos de trilhos em tamanho real, que propiciaram a obtenção das curvas de da/dN x ..1Kem ensaios de flexão a três pontos e curvas de (J x N em ensaios de flexão a quatro pontos. Os resultados destes testes mostraram que a qualidade metalúrgica do aço dos trilhos da década de 80 é superior a dos trilhos mais recentes e isto se reflete no desempenho em fadiga, mostrando que os trilhos antigos tem maior período de vida útil. Entretanto os resultados também revelaram que as taxas de propagação de trincas nestes materiais possuem valores muito próximos, mostrando que depois de nucleada uma trinca, seja ela em um trilho novo ou antigo, o tempo que estas levaram para atingir seu tamanho crítico é praticamente o mesmo. Foi possível, também, constatar que a metodologia desenvolvida para avaliar o comportamento em fadiga para os segmentos de trilhos em tamanho real correspondeu as expectativas e servem como parâmetro para a qualificação do material, ajudando na tomada de decisão na hora de escolha entre tipos distintos de materiais para trilhos. / This study is centered on the propagation of transversal fatigue crack on railroad rails. For this work, Vigllole rails of Niobras 200 steel with 136RE profile produced by Companhia Siderúrgica Nacional (CSN) were used. Part of the rails studied was manufactured in the 80s and the rest in 1995, with the purpose of being use at the Carajás Railway. The materiaIs characterization was accomplished through results obtained from a battery of mechanical and metallographics analyzes. The metallographic evaluation of these materiaIs consisted of chemical analysis, microstructure identification, quantitative and qualitative analysis of the non-metallic inc1usions,determination of the previous austenitics grain size and measurement of the pearlite interlamelIar spacing. The mechanical properties characterization considered several tests, such as hardness, tensile test and fracture toughness test, rotating bending fatigue test and fatigue crack growth rates curves (da/dN x ∆1K). A methodology was developed in order to obtain da/dN x ∆1Kcurves from real size rail segments in three point bending test and σx N curves in four paint bending tests. The results of these tests showed that the metallurgical quality of the steel rails from the 80s is superior comparing with the more recent.ones, and this can be seen in the fatigue performance, it shows that old rails have a larger usefullifetime. Meanwhile, the results also reveals that the fatigue crack growth rates in these materiais is very similar showing that after nuc1eating a crack, in a new or old rail, the time spent to get to its critical size is almost the same. The methodology developed to evaluate the behaviour in fatigue of rail segment corresponded to the expectations na serves as a parameter of material qualification, assisting in the decision making process when choosing between distinct type of materiaIs for rails.

A maior parte da vida em fadiga de dutos submarinos é consumida em baixo valor de ΔK. Os cálculos de vida em fadiga para esta região da curva da/dN-ΔK, baseados em códigos de projeto atuais, têm produzido resultados, aparentemente, muito conservativos. Este feito torna inviável a execução de certos projetos, exigindo, portanto, uma verificação com maior precisão do comportamento em carregamento cíclico em determinados meios na região próxima ao limiar de fadiga. A dificuldade de obtenção de dados confiáveis em ensaios de fadiga em baixos valores de ΔK tem sido um entrave na sua aplicação em projetos de fadiga. Consequentemente, em projeto tem sido utilizado apenas dados oriundos de ensaios executados em valores mais altos de ΔK. Sendo assim, este trabalho visa discorrer quanto ao estado da arte sobre a propagação de trinca tipo longa e fazer uma análise crítica sobre os procedimentos utilizados em ensaios da/dN-ΔK e determinação de ΔKth. Uma nova metodologia de abertura de pré-trinca de fadiga tem demonstrado ser eficiente para evitar comportamentos anômalos da região de baixos valores de ΔK da curva da/dN-ΔK. / Most of the fatigue life of submersed pipelines is consumed in low value of ΔK. Calculations of fatigue life in this region for the da/dN-ΔK curve, based on current design codes, have produced results, apparently, very conservative. This fact makes impossible the implementation of certain projects, requiring therefore a more accurate verification of the behavior under cyclic loading in certain media in the region near the threshold of fatigue. The difficulty of obtaining reliable data on tests of fatigue at low values of ΔK has been an obstacle in its application in the design of fatigue. Consequently, in design has been used only data from tests carried out in higher values of ΔK. Thus, this work aims to present the state of the art on long crack propagation and carried out a critical analysis on the procedures used for fatigue crack propagation and measurement of ΔKth. A new method of opening fatigue pre-cracks has been shown to be efficient to avoid anomalous behavior in the region of low values of ΔK of the da/dN-ΔK curve.

Este trabalho apresenta um estudo de camada “duplex” em aços para trabalho à quente da classe AISI H13, com enfoque em matrizes de injeção de ligas de alumínio, visando otimizar a vida das matrizes atuando tanto sobre os mecanismos de ataque superficial da matriz pelo alumínio como sobre a formação de trincas por fadiga térmica. O tratamento duplex consistiu em nitretação à plasma, com gás contendo 5% de nitrogênio e diferentes parâmetros de tempos e temperaturas, sendo as amostras posteriormente revestidas com nitreto de titânio (TiN) ou nitreto de cromo (CrN). As camadas nitretadas foram avaliadas através de análises metalográficas, perfis de dureza e difração de raios X, buscando caracterizar e qualificar a camada nitretada. Tendo sido observado na difração de raios X a presença de camada de compostos (nitretos de ferro ε e γ’) mesmo com a utilização de gás pobre em nitrogênio, foram também avaliados substratos nitretados sem a remoção mecânica dos nitretos e com um polimento para remoção destes antes da deposição. A rugosidade dos substratos nitretados com e sem a realização do polimento mecânico também foram determinados, buscando relação deste parâmetro com os resultados obtidos. O conjunto camada nitretada e depósitos (TiN ou CrN) com e sem o polimento mecânico após-nitretação foram avaliados em termos de adesão com ensaios de indentação Rockwell C com análise em microscopia eletrônica de varredura (qualitativamente) e com o teste do risco (quantitativamente) avaliando tanto as cargas críticas para a falha do filme como o modo de falha também em microscopia eletrônica de varredura. Além disso, foram realizados testes de fadiga térmica em banho de alumínio para simulação e avaliação do desempenho da camada “duplex” em condições de trabalho, bem como foram testadas duas condições de nitretação com TiN ou CrN em regime industrial. Os resultados mostram ganhos de adesão crescentes com o aumento dos tempos e das temperaturas de nitretação, além de maiores ganhos com a remoção mecânica (polimento) do substrato nitretado antes da deposição dos filmes. O comportamento, frente às condições de trabalho também foi superior para condições de nitretação com maiores tempos e temperaturas, tanto nos ensaios de laboratório com nos testes em regime industrial.

Componentes mecânicos conformados, possuem maior resistência quando comparados aos produzidos por outros processos de fabricação como fundição ou usinagem. Entre os motivos está a heterogeneidade de sua estrutura resultante da orientação da fibragem. Isto se deve pelo fenômeno de anisotropia que o processo de conformação induz ao material. Sabendo desta afirmação, muitas vezes, projetistas se perguntam o quanto esta orientação representa na resistência e na vida de um componente ou se esta não estiver adequada ao projeto do componente, o quanto poderá comprometer seu desempenho. Este trabalho compara quantitativamente através de ensaio de fadiga flexo rotacional em corpos de prova forjados a quente a influência da orientação da fibragem, simulando uma configuração adequada, isto é, com a fibragem disposta longitudinalmente e orientada no sentido de laminação e uma configuração não adequada, com a fibragem disposta transversalmente a 90° do sentido de laminação. Por fim para efeito de comparação foram testados corpos de prova usinados diretamente da barra laminada, com sua fibragem disposta longitudinalmente para verificar qual o impacto desta situação frente ao processo de forjamento a quente. Os resultados dos testes demonstram a importância deste estudo, pois fica comprovado que os corpos de prova forjados com a fibragem disposta longitudinalmente no sentido de laminação, apresentaram uma vida a fadiga superior as demais configurações testadas. Já as demais configurações apresentaram valores semelhantes nos testes de fadiga. / Mechanical formed components have greater resistance when compared with those produced by other manufacturing processes such as casting or machining. Among the reasons is the heterogeneity of its structure resulted from the grain flow orientation. This is due to the anisotropy phenomenon which forming process induces to the material. This statement knowledge often, make designers wonder how this orientation is related to the component resistance and life, or if it is not appropriate to the component design how it could implicate on their performance. This study compares quantitatively by rotational flexing fatigue test the grain flow orientation influence on forged specimens, simulating a suitable configuration, i.e. with the grain flow orientation longitudinally disposed and oriented to the rolling direction and another with a non-adequate configuration, with the grain flow orientation 90° transversely disposed to the rollin g direction. Lastly specimens machined from the rolled bar were tested for comparison, with its grain flow orientation longitudinally disposed in order to check this situation impact compared to the hot forging process. The test results evidenced the importance of this study as it is proven that the forged specimens with the grain flow orientation disposed longitudinally to the rolling direction presented a higher fatigue life compared to the other tested configurations. The other studied settings presented similar values in fatigue tests.

As condições para a exploração do petróleo em campos do pré-sal são mais severas que as convencionais no que se refere à pressão, temperatura, concentração de CO2 e H2S. Nesse contexto, os dutos responsáveis pela transferência do petróleo do fundo do mar até os tanques de armazenamento na superfície representam uma importância fundamental no processo de produção do petróleo. Dessa forma, o objetivo deste trabalho foi estudar o comportamento em corrosão-fadiga de juntas soldadas do aço API 5L X60 em solução aquosa salina contendo 115.000 ppm de cloretos e CO2 e avaliar a influência do H2S e do inibidor de corrosão. A ênfase na avaliação da região da solda se dá por ela ser um dos pontos mais suscetíveis a sofrer o processo de degradação por corrosão-fadiga. Nessa região, além do concentrador de tensões, são geradas tensões residuais trativas e mudanças microestruturais devido ao processo de soldagem que acarretam em queda no desempenho em fadiga na presença de meios agressivos. Neste estudo utilizou-se controle de carga sob flexão a quatro pontos, razão de carregamento de 0,1, frequência de carregamento de 0,5 Hz e run out de 1 milhão de ciclos. Com as curvas de Wöhler geradas, os resultados foram comparados e foi possível verificar o efeito benéfico causado pela utilização do inibidor de corrosão e o efeito deletério associado à presença de H2S. / The conditions for the oil fields exploitation in the pre-salt are more severe than those present in usual conditions, regarding to pressure, temperature, CO2 and H2S concentration. In this case, the pipelines responsible for the oil transfer from the seabed to the surface storage tanks represent a fundamental importance in the production of oil. Thus, the aim of this work is to study the corrosion-fatigue behavior of welded steel API 5L X60 in aqueous salt solution containing 115.000 ppm of chlorides and CO2, also, evaluate the influence of H2S and corrosion inhibitor. Bearing in mind that the weld region is one of the most likely to suffer degradation process of corrosion-fatigue, due to the tensile residual stresses generated by the welding process, which are aggravated in the presence of aggressive environment. The experiments were conducted using force control in a four point bending configuration, load ratio of 0.1, loading frequency of 0.5 Hz and run out of one million cycles. With the Wöhler curves plotted, the results were compared and it was possible to verify the beneficial effect caused by the use of corrosion inhibitor and the harmful effect caused by the presence of H2S.