Resumo: Neste trabalho foi feita uma análise detalhada dos micromecanismos de iniciação da fratura em amostras entalhadas para cinco aços e duas ligas de alumínio. Com esse objetivo foram obtidas curvas de transição frágil-dúctil e de tenacidade à fratura em função do raio da raiz do entalhe, e realizados ensaios interrompidos antes da fratura da amostra. Análises fractográficas e micrográficas das regiões de iniciação das fraturas foram realizadas por microscopia eletrônica de varredura. A variação dos micromecanismos de iniciação em função da variação da capacidade plástica local na raiz dos entalhes, como induzida pela variação da temperatura de ensaio e pela variação do raio da raiz, foi analisada. De um modo geral, três tipos de micromecanismos de iniciação foram observados. Um frágil, em que a iniciação envolve a nucleação de uma microtrinca à frente do entalhe e sua subsequente propagação instável. Dois dúcteis, um pela ruptura por cisalhamento localizado ao longo de linhas de cisalhamento máximo formadas na raiz do entalhe, e outro pela formação de microcavidades cuja ligação entre si e a ponta do entalhe envolve um processo misto de cisalhamento localizado e de coalescência de microcavidades. Aspectos de modelos que relacionam tenacidade com a microestrutura foram discutidos com base nos micromecanismos observados. / Abstract: In this study a detailed analysis of the micromechanisms of the fracture initiation in notched specimens was made, for five steels and two aluminum alloys. With that purpose brittle/ductile transition and fracture toughness x r1/2 curves were obtained, and interrupted tests before the fracture of the sample were used. Fractographic and micrographic analysis of the fracture initiation areas were accomplished by scanning electron microscopy. The variation of the initiation micromechanisms in function of the variation of the local plastic capacity in the notch root, as induced by the variation of the test temperature and by the variation of the notch root radius, was analyzed. In a general way, three types of initiation micromechanisms were observed. A brittle one, where the initiation involves the microcrack nucleation ahead of the notch and its subsequent unstable propagation. Two ductile, one by localized shear rupture along the maximum shear lines formed in the notch root, and other by microvoids nucleation whose link to each other and the notch tip involves a mixed process of localized shear and microcavoid coalescence. Aspects of relating models of fracture toughness with microstructure were discussed, based in the observed micromechanisms. / Orientador: Fathi Aref Ibrahim Darwish / Coorientador: Luís Rogério de Oliveira Hein / Banca: Valdir Alves Guimarães / Banca: Marcelo dos Santos Pereira / Banca: Luiz Carlos Pereira / Banca: Marcos Venicius Soares Pereira / Doutor

Resumo: Materiais estruturais utilizados no projeto de equipamentos e instalações industriais podem apresentar mudança de seu comportamento à fratura quando se varia a temperatura. Este tipo de comportamento caracteriza-se pela existência de uma curva de transição, onde 3 regiões ficam bem definidas: os patamares inferior e superior e a região de transição. Na região de transição, os resultados experimentais apresentam alto espalhamento e são bastante dependentes da geometria ensaiada. Para solucionar este problema, foi desenvolvido um modelo analítico experimental, que resultou na edição da norma ASTM E1921-97. O trabalho inclui um estudo da influência de diversas rotas de tratamentos térmicos aplicadas em um aço 4130 utilizado pela indústria aeronáutica, um aço de qualidade API utilizado pela indústria petrolífera e um aço da classe A516 atualmente utilizado pela indústria nacional de vasos de pressão, na microestrutura, propriedades mecânicas de tração e tenacidade à fratura. Os resultados mostraram que o aço 4130 A450, apresentou a melhor correlação entre resistência e tenacidade entre as microestruturas pesquisadas. Este comportamento deve estar associado a rota de tratamento térmico aplicada a esta condição. O tratamento de austêmpera possibilita a formação de bainita que, tradicionalmente é conhecida por apresentar elevados valores de tenacidade. O método proposto pela ASTM pode ser considerado viável para as diversas microestruturas pesquisadas ampliando a aplicação da metodologia que recomenda o ensaio apenas para aços ferríticos. No entanto, a metodologia da Curva Mestra em materiais tratados termicamente deve ser conduzida de forma a se estabelecer parâmetros que considerem as modificações microestruturais sofridas pelo material. / Abstract: Structural materials used in industrial equipments design can change fracture behavior when the temperature is varied. This type of behavior is characterized by the existence of a transition curve, where 3 areas are well defined: inferior and superior landings and the ductile brittle transition. In ductile brittle transition, experimental results present high scatter and depend highly of specimen geometry. In order to solve this problem, an analytical experimental model was developed, resulting in ASTM E1921-97 standard edition. This work includes the influence of several heat treatments analysis applied in a 4130 steel used by the aeronautical industry, a API X70 steel used by the line pipe industry and a ASTM A516 steel used by pressure vases national industry, where it was analyzed the influence in the microstructure, mechanical properties and fracture toughness. The results showed that the 4130 A450 steel presented the best correlation between resistance and toughness among the researched microstructures. This behavior should be associated with the heat treatment route applied. The isothermal quenching treatment makes possible bainite formation which, traditionally it is known by its high toughness values. The methodology proposed by ASTM is considered viable for the several researched microstructures enlarging the application of the methodology that just recommends the rehearsal for ferritics steels. However, Master Curve methodology in heat treated materials must have some parameters settling down considering the microstructure modifications suffered by the material.