Made available in DSpace on 2014-06-11T19:30:09Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2008-09-18Bitstream added on 2014-06-13T20:00:01Z : No. of bitstreams: 1 ribeiro_cb_me_guara.pdf: 645547 bytes, checksum: 8c2576a34583837cd05d929fb4a16856 (MD5) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / Aplicou-se experimentos em rodas ferroviárias tipo D-38 (38 polegadas de diâmetro), fundidas em aço, obtidas pelo processo de pressão controlada. Estudou-se a influência de 15 fatores (variáveis de entrada), com o objetivo de minimizar ou eliminar a descontinuidade interna denominada “microrechupe”, a qual apresentou-se como variável de saída constante em todas as rodas experimentadas, na região do aro das rodas (região de contato com os trilhos da ferrovia). As descontinuidades internas foram detectadas por ensaio ultrassônico, através do método indireto de avaliação, com o auxílio do diagrama AVG, e uso de transdutor normal. Em função da quantidade e tamanhos diferenciados das descontinuidades internas detectadas em todas as rodas experimentadas, foi criado um método específico para mensurá-las, estabelecendo desta forma, respostas diferenciadas que possibilitaram a análise da influência dos fatores (variáveis de entrada). Para estudo e análise da influência das variáveis de entrada e suas respectivas interações, foi utilizado o método de Taguchi, com um Arranjo Ortogonal L-16. Os fatores (variáveis de entrada) operaram em dois níveis com uma razão sinal / ruído para a função “maior é melhor”, sendo utilizada a análise de variância ANOVA para testar a significância dos efeitos. Os resultados demonstraram que as variáveis “posição relativa da roda na corrida de vazamento” e “tempo de cura dos massalotes radiais” tiveram maior significância para a redução da descontinuidade microrechupe (output). / It was applied experiments in railroad wheels, casting in steel, D-38 type (38- inches- diameter), produced by controlled pressure process. It was studied influence of the 15 factors (entrance variables) with objective to minimize or to eliminate a internal discontinuity, called microshrinkage, which was presented as constant output in all tried wheels, inside the rim wheels (region of contact with railroad tracks). The internal discontinuities had been detected by ultrasonic test, through the indirect method of evaluation, with aiding of AVG diagram, with the use of normal transducer. In function of the amount and different sizes of the internal discontinuities detected in all the tried wheels, a new method was created to measure them, establishing different answers, in such a way that make possible the factors influence analysis. For study and analysis of the factors and its interactions, the Taguchi approach was used, with L-16 Ortogonal Array. The process factors had operated in two levels with a signal-to-noise ratio called “bigger is better” function and it was used variance analysis by ANOVA to determine the main significance of the effects. The results had demonstrated that, the factors “relative position of the wheel in the production line” and “cure time of radial risers” had greater significance for the reduction of the discontinuity microshrinkage (output)

Orientador: Auteliano Antunes dos Santos Junior / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-08-04T00:54:07Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Santos_GuilhermeFabianoMendoncados_M.pdf: 6215542 bytes, checksum: 2207d5db0fbde17eace60d7bb5b8db51 (MD5) Previous issue date: 2004 / Resumo: As rodas ferroviárias novas apresentam tensões residuais de compressão no aro, particularmente na superficie de rolamento. A frenagem causa tensões compressivas adicionais que, somadas às tensões originais, podem levar ao escoamento e causar a inversão do estado de tensões original. Rodas com tensão de tração residual podem falhar de forma súbita e catastrófica. Os métodos para determinação de tensões residuais atualmente utilizados ou são destrutivos, ou possuem características que dificultam sua aplicação em campo. Este trabalho visou estudar a aplicação de técnicas de ultra-som para medir as tensões residuais, particularmente com o emprego de ondas longitudinais criticamente refratadas (Ler). Para simular o aquecimento devido à frenagem e a consequente inversão do padrão original das tensões, aqueceu-se rodas em vários níveis utilizando bobinas de indução. Realizaram-se algumas simulações computacionais do aquecimento das rodas, a fim de comparar com o produzido pela bobina de indução. As curvas de aquecimento em função do tempo para os dois casos mostraram uma boa aproximação. No tocante às medições de tensões utilizando o ultra-som, os resultados encontrados foram considerados satisfatórios uma vez que foi possível detectar a variação do nível de tensão residual nas rodas, além de apresentarem coerência com resultados disponíveis na literatura / Abstract: New railroad wheels present compressive residual stresses on the rim, partieularly on the tape line. Braking causes additional compression stresses, which, added to the original stresses, could result in the yield and could cause the inversion on the original stresses state. Wheels with traction residual can fail in a sudden and catastrophic way. The methods for determination ofresidual stress now used either are destructive, or possess characteristics that make its application in field difficult. The aim of this work was to study the application of ultrasonic techniques to measure the residual stresses, particularly with the use of longitudinal waves eritieally refraeted (Ler). ln order to simulate the heating due to the braking and the consequent inversion of the original pattern of the stresses, the wheels were heated in several levels through an induction coil. The heating of the wheels were simulated on computers, in order to compare with induction heating. The heating curves as function of the time for both of cases showed good approximation. Referring to the measurements of stresses using ultrasonic waves, the results, that were found, were considered satisfactory once it was possible to detect the variation of the residual stresses level at the wheels, besides it showed a good coherence with the available results in the literature / Mestrado / Mecanica dos Sólidos e Projeto Mecanico / Mestre em Engenharia Mecânica

Resumo: Aplicou-se experimentos em rodas ferroviárias tipo D-38 (38 polegadas de diâmetro), fundidas em aço, obtidas pelo processo de pressão controlada. Estudou-se a influência de 15 fatores (variáveis de entrada), com o objetivo de minimizar ou eliminar a descontinuidade interna denominada "microrechupe", a qual apresentou-se como variável de saída constante em todas as rodas experimentadas, na região do aro das rodas (região de contato com os trilhos da ferrovia). As descontinuidades internas foram detectadas por ensaio ultrassônico, através do método indireto de avaliação, com o auxílio do diagrama AVG, e uso de transdutor normal. Em função da quantidade e tamanhos diferenciados das descontinuidades internas detectadas em todas as rodas experimentadas, foi criado um método específico para mensurá-las, estabelecendo desta forma, respostas diferenciadas que possibilitaram a análise da influência dos fatores (variáveis de entrada). Para estudo e análise da influência das variáveis de entrada e suas respectivas interações, foi utilizado o método de Taguchi, com um Arranjo Ortogonal L-16. Os fatores (variáveis de entrada) operaram em dois níveis com uma razão sinal / ruído para a função "maior é melhor", sendo utilizada a análise de variância ANOVA para testar a significância dos efeitos. Os resultados demonstraram que as variáveis "posição relativa da roda na corrida de vazamento" e "tempo de cura dos massalotes radiais" tiveram maior significância para a redução da descontinuidade microrechupe (output). / Abstract: It was applied experiments in railroad wheels, casting in steel, D-38 type (38- inches- diameter), produced by controlled pressure process. It was studied influence of the 15 factors (entrance variables) with objective to minimize or to eliminate a internal discontinuity, called microshrinkage, which was presented as constant output in all tried wheels, inside the rim wheels (region of contact with railroad tracks). The internal discontinuities had been detected by ultrasonic test, through the indirect method of evaluation, with aiding of AVG diagram, with the use of normal transducer. In function of the amount and different sizes of the internal discontinuities detected in all the tried wheels, a new method was created to measure them, establishing different answers, in such a way that make possible the factors influence analysis. For study and analysis of the factors and its interactions, the Taguchi approach was used, with L-16 Ortogonal Array. The process factors had operated in two levels with a signal-to-noise ratio called "bigger is better" function and it was used variance analysis by ANOVA to determine the main significance of the effects. The results had demonstrated that, the factors "relative position of the wheel in the production line" and "cure time of radial risers" had greater significance for the reduction of the discontinuity microshrinkage (output) / Orientador: Messias Borges Silva / Coorientador: Antonio Fernando Branco Costa / Banca: Jorge Muniz Júnior / Banca: José RobertoAlves de Mattos / Mestre

Orientador: Auteliano Antunes Santos Jr / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-08-03T18:41:23Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Minicucci_DomingosJose_M.pdf: 10377166 bytes, checksum: 2b292c103ec9f2237e4a795f1d5041de (MD5) Previous issue date: 2003 / Mestrado

Orientador: Paulo Roberto Mei / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2018-08-16T10:24:52Z (GMT). No. of bitstreams: 1 VillasBoas_RenatoLyra_M.pdf: 13424471 bytes, checksum: c7a6d60275922ab9255b8f8e74fd29e1 (MD5) Previous issue date: 2010 / Resumo: Neste trabalho foi desenvolvido um aço microligado com 0,7% de carbono para fabricação de rodas ferroviárias. Tomou-se como base um aço classe C da norma AAR M-107 e adicionou-se nióbio e molibdênio. A pesquisa foi realizada em duas etapas distintas. A primeira etapa estudou-se o efeito da adição de nióbio e molibdênio no aço com 0,7% de carbono antes e após a deformação por laminação, simulando o forjamento real das rodas ferroviárias produzidas na MWL Brasil. Com os dados disponíveis passou-se à segunda etapa da pesquisa onde foram fabricadas e ensaiadas rodas ferroviárias na MWL Brasil usando um aço com composição química semelhante à utilizada na primeira etapa para observar o efeito do nióbio e molibdênio nas mesmas. Os aços foram austenitizados a 1250 °C para solubilização do nióbio na austenita e deformados a partir de 1200 °C. Na primeira etapa o aço foi laminado em 4 passes sofrendo uma deformação total na espessura de 67% e resfriado ao ar. Na segunda etapa, o aço foi forjado pelo processo de fabricação usado pela MWL Brasil. Após o tratamento térmico, foram realizados ensaios de dureza da perlita, tração, impacto, tenacidade à fratura, além de microscopia ótica e medida do tamanho de grão austenítico. Observou-se aumento no limite de escoamento (8,5%), ductilidade (15%), energia de impacto (29%), tenacidade à fratura (33%) e temperabilidade pela microadição de nióbio e molibdênio, mostrando que esses elementos podem melhorar o desempenho das rodas ferroviárias atualmente produzidas. / Abstract: In this work it was developed a microalloyed steel with 0.7% carbon to manufacture railway wheels. It was taken as basis a steel class C of standard AAR M-107 and added niobium and molybdenum. The research was conducted in two stages. The first step was studied the effect of the addition of niobium and molybdenum on 0.7% C steel before and after deformation by rolling, simulating the actual forging of railroad wheels process in MWL Brasil. With the available data the second stage of the research was conducted, manufacturing and testing railway wheels in MWL Brasil, using a steel with similar chemical composition to that was used in the first step to observe the effect of niobium and molybdenum in them. The steels were austenitized at 1250 °C for niobium solubilization in austenite and deformed from 1200 °C. In the first stage, the steels were rolled at 4 passes undergoing a total deformation of 67% in thickness and aircooled. In the second step, the steels were forged by MWL Brasil manufacturing process. After heat treatment, tests on pearlite hardness, tensile, impact, fracture toughness were performed. Microstructure was observed by optical microscopy and the austenite grain size was measured. It was observed an increasing on the yield strength (8,5%), ductility (15%), impact energy (29%), fracture toughness (33%) and hardenability by niobium and molybdenum microalloying, showing that these elements can improve the performance of railway wheels nowadays produced by MWL Brasil. / Mestrado / Materiais e Processos de Fabricação / Mestre em Engenharia Mecânica

Orientador: Valdir Alves Guimarães / Banca: Peterson Luiz Ferradini / Banca: Angelo Caporalli Filho / Banca: Mirian de Lourdes Noronha Motta Melo / Banca: Wanderson Santana da Silva / Resumo: Atualmente a indústria ferroviáriaenfrentao desafio de reduzir os custos operacionais envolvidos no transporte de cargas e passageiros. Uma das formas de aumentar a eficiência deste tipo de transporte se baseia no aumento da velocidade dos trens e das cargas transportadas por eixo, o que torna as ferrovias mais competitivas. No entanto estas soluções geram elevadas tensões nas rodas ferroviárias aumentando assim a possibilidade de ocorrerem falhas por fadiga nas mesmas. Por se tratar do componente mais críticonos trens, as rodas ferroviárias são alvo de grande parte das recentes pesquisas na área de desenvolvimento de novos materiais e processos de fabricação, uma vez que sua falha certamente ocasionará um descarrilamento do vagão ou locomotiva. A segurança da operação é o fator mais importante na ferrovia, portanto,novos materiais e processos produtivos devem ser exaustivamente testados a fim de garantir a confiabilidade dos componentes. O objetivo deste trabalho é verificar o desempenho de um aço microligado, recentemente desenvolvido no setor ferroviário, bem como estudar a influência dos processos de forjamento e fundição no comportamento mecânico e em fadiga de rodas ferroviárias. As rodas fundidas apresentam vantagens econômicas devido ao menor custo de fabricação, no entanto a sua utilização em composições destinadas ao transporte de passageiros deve ser bem avaliada uma vez que a aplicação deste tipo de componente de maneira alguma pode afetar a segurança de operação das ferrovias. Foram avaliadas três rodas através de ensaio microestrutural, tamanho de grão, nível de inclusão não-metálica, dureza, tração, impacto, tenacidade à fratura e fadiga, sendo uma roda fabricada por forjamento e com aço classe "C" (0,7% C), uma fabricada por fundição com o mesmo material e outra roda forjada produzida com o aço classe "C" ... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: Currently the rail industry has thechallenge of reducing operating costs engaged in freight andpassengers transport. One way to increase the efficiency of transportation is based on increasingthe speed andload of the railway whichmake it morecompetitive. However these solutions generate a high level stresson railway wheels increasing the possibility of failure. Since it is the most critical component in trains,railway wheels are the subjected to a large part of recent research on new materials development and manufacturing processes,as their failure certainly will result a derailment of the wagon or locomotive. Safety during operation is themost important factor in the railway,thus, new materials and manufacturing processes must be extensively tested to ensure the reliability of the components. The purposeof this work isto verifythe performance of amicroalloyed steel, recently developed forthe railroad industry, and investigatethe influence of forging and casting processes on mechanicaland fatigue behavior of railway wheels. The cast wheels present economic advantages due to lower manufacturing cost, however their use in railways designed to carry passengers should be thoroughly evaluated since the use of cast wheels cannot affect the safe operation of railroads. Three wheels were evaluated by microstructure testing, grain size, and content of nonmetallic inclusion determination, hardness, impact test, fracture toughness and fatigue test. One wheel was forged in Class "C" steel (0.7% C), one wheel cast in Class "C" material and the third one was forged in vacuum degassed microalloyed steel (Nb and Mo). Test results indicate that the microalloyed forged wheel presented superior values of yield strength, hardness, fracture toughness and fatigue behavior as compared to others. When comparing forged and cast wheels similar tensile and hardness properties were observed, being found superiority ... (Complete abstract click electronic access below) / Doutor

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:32:50Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2013-12-05Bitstream added on 2014-06-13T19:22:32Z : No. of bitstreams: 1 000733743.pdf: 6109603 bytes, checksum: 3ac81b0010720c7afd549673cf935b17 (MD5) / Atualmente a indústria ferroviáriaenfrentao desafio de reduzir os custos operacionais envolvidos no transporte de cargas e passageiros. Uma das formas de aumentar a eficiência deste tipo de transporte se baseia no aumento da velocidade dos trens e das cargas transportadas por eixo, o que torna as ferrovias mais competitivas. No entanto estas soluções geram elevadas tensões nas rodas ferroviárias aumentando assim a possibilidade de ocorrerem falhas por fadiga nas mesmas. Por se tratar do componente mais críticonos trens, as rodas ferroviárias são alvo de grande parte das recentes pesquisas na área de desenvolvimento de novos materiais e processos de fabricação, uma vez que sua falha certamente ocasionará um descarrilamento do vagão ou locomotiva. A segurança da operação é o fator mais importante na ferrovia, portanto,novos materiais e processos produtivos devem ser exaustivamente testados a fim de garantir a confiabilidade dos componentes. O objetivo deste trabalho é verificar o desempenho de um aço microligado, recentemente desenvolvido no setor ferroviário, bem como estudar a influência dos processos de forjamento e fundição no comportamento mecânico e em fadiga de rodas ferroviárias. As rodas fundidas apresentam vantagens econômicas devido ao menor custo de fabricação, no entanto a sua utilização em composições destinadas ao transporte de passageiros deve ser bem avaliada uma vez que a aplicação deste tipo de componente de maneira alguma pode afetar a segurança de operação das ferrovias. Foram avaliadas três rodas através de ensaio microestrutural, tamanho de grão, nível de inclusão não-metálica, dureza, tração, impacto, tenacidade à fratura e fadiga, sendo uma roda fabricada por forjamento e com aço classe “C” (0,7% C), uma fabricada por fundição com o mesmo material e outra roda forjada produzida com o aço classe “C”... / Currently the rail industry has thechallenge of reducing operating costs engaged in freight andpassengers transport. One way to increase the efficiency of transportation is based on increasingthe speed andload of the railway whichmake it morecompetitive. However these solutions generate a high level stresson railway wheels increasing the possibility of failure. Since it is the most critical component in trains,railway wheels are the subjected to a large part of recent research on new materials development and manufacturing processes,as their failure certainly will result a derailment of the wagon or locomotive. Safety during operation is themost important factor in the railway,thus, new materials and manufacturing processes must be extensively tested to ensure the reliability of the components. The purposeof this work isto verifythe performance of amicroalloyed steel, recently developed forthe railroad industry, and investigatethe influence of forging and casting processes on mechanicaland fatigue behavior of railway wheels. The cast wheels present economic advantages due to lower manufacturing cost, however their use in railways designed to carry passengers should be thoroughly evaluated since the use of cast wheels cannot affect the safe operation of railroads. Three wheels were evaluated by microstructure testing, grain size, and content of nonmetallic inclusion determination, hardness, impact test, fracture toughness and fatigue test. One wheel was forged in Class C steel (0.7% C), one wheel cast in Class C material and the third one was forged in vacuum degassed microalloyed steel (Nb and Mo). Test results indicate that the microalloyed forged wheel presented superior values of yield strength, hardness, fracture toughness and fatigue behavior as compared to others. When comparing forged and cast wheels similar tensile and hardness properties were observed, being found superiority ... (Complete abstract click electronic access below)

Orientador: Auteliano Antunes dos Santos Júnior / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2018-08-24T19:33:54Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Fumes_FabianoGonzaga_M.pdf: 12049048 bytes, checksum: df4dc1dd45d74bbdc31c6a5893edd4fe (MD5) Previous issue date: 2014 / Resumo: Este trabalho apresenta a comparação entre os diversos critérios de fadiga multiaxial de alto ciclo aplicados ao problema de contato roda-trilho. Para isto, é utilizado um modelo elastoplástico tridimensional de elementos finitos capaz de permitir o cálculo tanto das tensões geradas pelo rolamento de uma roda livre de tensões residuais de fabricação como de uma roda que contenha as tensões residuais provenientes do processo de tratamento térmico, obtidas através de uma simulação térmico-estrutural. Estes dois cenários são avaliados segundo critérios de fadiga multiaxial baseados tanto em planos críticos, como Dang Van, Matake e McDiarmid, quanto nos baseados em invariantes do tensor de tensões, como Sines, Crossland e Kakuno Kawada. Pela natureza da fadiga de contato, que não possui condição de vida infinita, é estimado para cada critério um número de ciclos para o aparecimento das trincas. Como resultado, observa-se que para alguns critérios como Dang Van, Sines e Kakuno-Kawada, a vida em fadiga é beneficiada pelo processo de tratamento térmico, enquanto para os demais, as tensões residuais de fabricação provocam uma redução no número de ciclos para o aparecimento das trincas / Abstract: This work presents a comparison of different high cycle multiaxial fatigue criteria, applied to wheel- rail contact. For this, it is used a three-dimensional elastoplastic finite element model able to calculate stresses generated by the rolling of a wheel free of residual stresses from manufacturing process and also by a wheel containing the residual stresses from heat treatment process, generated by a thermal-structural simulation. These two scenarios are evaluated according to multiaxial fatigue criteria based on critical planes, as Dang Van, Matake and McDiarmid, and also based on the invariants of the stress tensor, as Sines, Crossland and Kakuno Kawada. Due to the nature of rolling contact fatigue, which has no condition of infinite life, a number of cycles for crack appearance are estimated for each criterion. It can be notice that for some criteria, such as Dang Van, Sines and Kakuno-Kawada, fatigue life is benefited by the heat treatment process, while for others the residual stresses from manufacturing promote a reduction in the number of cycles / Mestrado / Mecanica dos Sólidos e Projeto Mecanico / Mestre em Engenharia Mecânica

Orientador: Itamar Ferreira / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2018-08-20T17:14:11Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Queiroz_SymeReginaSouza_D.pdf: 5101982 bytes, checksum: 1143c4b43c52ed713ed719367ce07ead (MD5) Previous issue date: 2012 / Resumo: A tendência mundial das estradas de ferro é utilizar carga elevada por vagão no transporte de produtos e alta velocidade no setor de passageiros. Em ambas as situações, as rodas ferroviárias são muito solicitadas mecanicamente e, em função disso, as propriedades mecânicas dessas rodas devem ser rigorosamente controladas, tendo em vista que as principais causas de acidentes envolvendo trincas nas rodas, ou a retirada da roda antes do final de sua vida, estão direta ou indiretamente associadas a baixos níveis de resistência mecânica, resistência à fadiga e tenacidade à fratura. O conhecimento do comportamento mecânico das rodas ferroviárias com base nas suas propriedades mecânicas é imprescindível para o projeto de rodas ferroviárias e para o aprimoramento de seu processo de fabricação. Este trabalho tem como objetivo caracterizar e analisar a microestrutura, as propriedades mecânicas e os micromecanismos de fratura de cinco rodas ferroviárias, duas fundidas e três forjadas, a partir de corpos-de-prova usinados dos aros e discos dessas rodas. As propriedades mecânicas analisadas são as básicas (limite de escoamento, limite de resistência à tração, alongamento específico até à fratura, redução de área, dureza e energia de impacto Charpy), a resistência à fadiga e a tenacidade à fratura, de corpos-de-prova usinados das rodas ferroviárias. Além das microestruturas e das propriedades mecânicas, foram também caracterizados e analisados os micromecanismos de fratura dos corpos-de-prova dos ensaios de fadiga e impacto, por meio de microscopia eletrônica de varredura. Os resultados dos ensaios indicam, em relação aos limites de escoamento e de resistência à tração, que não houve diferenças significativas entre as rodas fundidas e forjadas analisadas. Quanto à dureza (HRC), ductilidade (alongamento específico e redução de área) e tenacidade à fratura, as rodas forjadas apresentaram valores superiores. Em relação à resistência à fadiga, uma propriedade importante no caso de rodas ferroviárias, os corpos-de-prova usinados das rodas forjadas apresentaram melhores resultados em relação às rodas fundidas. Pode-se também concluir que, tanto para as propriedades mecânicas básicas e nobres como também para os micromecanismos de fratura, os resultados obtidos são compatíveis aos encontrados na literatura especializada, validando e comprovando que a metodologia de análise pode ser utilizada para melhorar os projetos e os processos de fabricação de rodas ferroviárias de aço fundidas e forjadas / Abstract: The word wide tendency of railroads is to use high load per wagon in cargo transport and high-speed in passenger sector. In both situations, the railway wheels are very mechanically requered, and as a result, the mechanical properties of these wheels should be controlled strictly in order that the main causes of accidents involving wheels cracks, or withdrawal of the wheel before end of its life, are directly or indirectly associated with low levels of strength, fatigue resistance and fracture toughness. Knowledge of the mechanical behavior of railway wheels based on their mechanical properties is essential for the design of railway wheels and the improvement of its manufacturing process. This work aims to characterize and analyze the microstructure, mechanical properties and fracture micromechanisms of five railway wheels, two cast and three forged, from the machined specimens of the rim and web of these wheels. The analyzed mechanical properties are the basics (yield strength, tensile strength, elongation, reduction in area, hardness and Charpy impact energy) the fatigue resistance and the fracture toughness, from the specimens machined of railway wheels. In addition to the microstructures and mechanical properties were characterized and analyzed the micromechanisms of fracture of the specimens of fatigue and impact tests, using scanning electron microscopy. The test results indicate, with respect to the yield strength and tensile strength, there were no significant differences between cast and forged wheels analyzed. The hardness (HRC), ductility (elongation and reduction in area) and fracture toughness of the forged wheels showed higher values. Regarding resistance to fatigue, an important property in the case of railway wheels, the forged wheels machined specimens shown better results compared to cast wheels. One can also conclude that, for both the basic and noble mechanical properties as well as for the micromechanisms of fracture, the results are compatible with those found in the literature, validating and verifying that the method of analysis can be used to improve the castings and forgings steel railway wheels and manufacturing processes and projects / Doutorado / Materiais e Processos de Fabricação / Doutora em Engenharia Mecânica

Orientador: Auteliano Antunes dos Santos Junior / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-08-10T23:11:33Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Santos_FranciscodeCarvalho_M.pdf: 2597661 bytes, checksum: 7a02462088e7914e422081012b449048 (MD5) Previous issue date: 2008 / Resumo: Este trabalho propõe um modelo numérico de contato roda-trilho, baseado no método dos elementos finitos, para estimar a vida em fadiga até o surgimento da trinca, e quanto à falha por escamação, de uma roda ferroviária classe C de um vagão de carga de uma ferrovia nacional, de Serra dos Carajás. O modelo tem como principal contribuição à abordagem elastoplástica juntamente com a inclusão das tensões residuais provenientes do tratamento térmico do processo de fabricação da roda. O modelo de elementos finitos utilizou técnicas de submodelagem, tanto na determinação no campo de tensões residuais de fabricação, quanto no de contato roda-trilho. Para efeito de comparação, determinaram-se as tensões e deformações também com um modelo semi-analítico elástico, baseado na teoria de Hertz, além de um modelo numérico elastoplástico sem tensões residuais de fabricação. A vida foi determinada através de dois critérios de fadiga, que incorporam a influencia das tensões hidrostáticas e planos críticos. O critério de alto ciclo de Dang Van foi modificado para adaptar-se ao problema de dois corpos em contato. O outro critério utilizado foi o de Fatemi¿Socie, baseado em deformações cisalhantes. O número de ciclos encontrado para o início da trinca foi então corrigido de acordo com uma distribuição normal estatística da posição lateral do ponto de contato. O trabalho mostrou que as tensões residuais, benéficas para a propagação de trincas, reduzem a vida até o surgimento destas / Abstract: This work proposes a wheel-rail contact model based on finite element method to estimate the fatigue life to shelling, until the beginning of the crack of a railroad wheel class C of a heavyhull Brazilian railroad from Serra dos Carajás. The main contribution of this work is the elastoplastic approach with the inclusion of the residual stress generated by the heat treatment of the wheel manufacture process. Submodeling techniques were used to determinate the residual stresses from manufacture process and the contact stresses. Aiming the comparison, the wheelrail contact stresses was calculated using an analytic model, based on Hertz theory, and a numeric model (FEM) without residual stress from the manufactured process. The fatigue life was calculated using two criterions based on critical planes and hydrostatic stresses. The high cycle fatigue criterion from Dang Van was adapted to be used in contact problems. The other one was the Fatemi¿Socie criterion, based on shear strains. The number of cycles until the arising of the fatigue crack was correct using a statistical normal distribution of the lateral position of the contact point. This work shows that the residual stress generated by the manufacture process, which prevents the crack propagation, reduces the fatigue life until the arising of the crack / Mestrado / Mecanica dos Sólidos e Projeto Mecanico / Doutor em Engenharia Mecânica