No presente trabalho produziu-se amostras de flexão em três pontos, SENB, a partir de placas moldadas por compressão feitas de uma resina de Poli(metacrilato de metila) comercial. Dois conjuntos contendo 6 amostras cada foram então pré-trincados por meio de uma lamina afiada de aço adotando-se dois métodos diferentes propostos pela literatura técnica: através de batidinhas (gentle tapping) e através da inserção controlada a velocidade constante da lâmina, ambas usando um dispositivo especialmente desenhado para este fim. Estas amostras foram então submetidas ao ensaio de tenacidade à fratura em deformação plana, KIc, com o intuito de se testar a hipótese de que os diferentes métodos introduzem diferentes padrões de dano na matriz próxima à região da ponta da pré-trinca, o que, por sua vez, influência os resultados obtidos. Adotou-se a norma ASTM D 5045 como padrão do ensaio. Todas as amostras produziram resultados válidos para KIc, considerando-se os critérios da norma. Os resultados confirmam a hipótese inicial mostrando que os diferentes métodos de introdução da pré-trinca influenciam o valor medido de KIc a um nível de significância de 5% para a diferença das médias obtidas nos dois grupos, sendo que o valor mais conservador é obtido quando as pré-trincas são introduzidas pelo método das batidinhas (KIc = 1,15 ± 0,11 MPa m1/2). Com base nestes resultados novas amostras com geometria auto-similar às anteriores foram produzidas e usadas para a investigação do estado de tensão desenvolvido nas amostras pelo método da fotoelasticidade. Os resultados confirmam que os diferentes métodos de pré-trincamento produzem diferentes padrões de Moiré próximos à ponta da trinca, o que prova que os estados de tensão são efetivamente afetados e que o método da inserção controlada produz a maior perturbação no campo de tensão próximo à ponta da pré-trinca. / Single-Edge-Notch Bending samples produced out of compression-molded plates obtained from a commercial Poly(methyl metacrylate), PMMA, resin were investigated concerning the influence of the adopted pre-cracking methodology on plane strain fracture toughness results according to ASTM D 5045 standard. Two sets of 6 samples each were pre-cracked using a sharp-edge scalpel steel blade using two methodologies proposed in the technical literature: by gentle tapping on the blade and by controlled insertion at constant velocity, both using a device specially designed for these purposes. These sample were, then, submitted to the plane strain fracture toughness (KIc) test based on the hypothesis that different pre-cracking methods result in different damage levels of the matrix near the pre-crack tip and, hence, in different measured values for KIc. All samples produced valid results for KIc based on the geometric criteria adopted by the standard. The results confirm the original hypothesis showing that the two pre-cracking methods influence the measured value at a significance level of 5% for the comparison of the averages obtained in both sets. The most conservative value for plane strain fracture toughness of the investigated resin is obtained by pre-cracks introduced by gentle tapping on the blade (KIc = 1.15 ± 0.11 MPa m1/2). Based on these results new samples with a self-similar geometry were produced and submitted to photoelasticity tests to investigate the influence of the pre-cracking methods on the strain-field developed during three-point bending loading. The results confirm that the different methods produce different Moiré patterns close to the pre-crack tip, proving that the developed stress fields are different and that pre-cracks introduced by controlled insertion of the blade produce the largest perturbations of the strain field close to the pre-crack tip.

Os aços ARBL tem cada vez mais destaque na produção de auto-peças. Os atrativos são elevados limites de escoamento e resistência, resistência química, boa soldabilidade e estampabilidade. Estes atrativos fazem dos aços ARBL itens importantes no desenvolvimento de novos produtos, projetos de redução de custo e melhoria de processos. As inovações tecnológicas e a exigência de produtos cada vez mais robustos em sua aplicação têm levado a indústria a buscar em outros tipos de materiais as propriedades que possam satisfazer as especificações de projetos. O objetivo deste trabalho é entender a microestrutura e o comportamento mecânico da região soldada de dois aços ARBL e compara-los ao aço SAE1010AA visando a produção de aro para rodas de caminhão e ônibus. O processo de soldagem utilizado é conhecido como soldagem por resistência, onde a união das extremidades do blank é feita por aquecimento através de uma diferença de potencial sem adição de material. Os aços ARBL utilizados são o RD480 produzido pela CSN e o S275JR produzido pela CST. As uniões soldadas são caracterizadas por meio de ensaios de tração, tração com entalhe, impacto e avaliação da tenacidade à fratura através de medidas de CTOD. Os resultados obtidos nos ensaios mecânicos e as análises de microetrutura mostraram que os aços ARBL estudados possuem características mecânicas que os tornam ótimas opções na substituição do aço SAE1010AA na produção de aros para rodas sem câmara. Este trabalho teve o apoio da IOCHPE MAXION, divisão de rodas e chassis. / The HSLA steels have been increasingly highlighted in the production of automotive parts. Their attractives are high yield and ultimate strengths, chemical resistance, weldability and formability. These features make the HSLA steels an important item in the development of new products, design for cost reduction and process improvement. The technological innovations and product requirements have lead the industries to seek for new materials with properties that could meet the design specifications. The objective of this work is to understand the microstructure and the mechanical behavior of the weld zone of two types of HSLA steels and compare with the current steel (SAE1010AA) used in the manufature of rim wheels for truck and bus. The welding process used is this study is known as Flash weld, which is commonly used in the manufacture of wheel rims. The chosen HSLA steels are the RD480 (From CSN Inc.) and S275JR (From CST Inc.). The welded joints are characterized by means of notched and unotched tensile tests, impact tests and fracture toughness evaluation through CTOD measurements. The results obtained in mechanical testing and analysis showed that microetrutura studied HSLA steels have mechanical properties that make them great options in replacing steel SAE1010AA in the production of wheel rims to tubeless. This work was supported by IOCHPE-MAXION, division of wheels and chassis.

O presente trabalho avalia e compara os resultados da tenacidade à fratura da zona termicamente afetada (ZTA) de soldas múltiplos passes por meio de ensaios de CTOD. Para este estudo, foi utilizado um aço alta resistência e baixa liga (ARBL) resistente à corrosão ambiental. As soldas foram realizadas com insumo de calor de 30 e 50 kJ/cm em um chanfro 1/2 K. Os resultados dos ensaios de CTOD mostraram que a solda produzida com maior insumo de calor apresenta tenacidade à fratura mais elevada. A análise microestrutural revelou que as microestruturas de elevada dureza e baixa tenacidade, formadas na ZTA de granulação grosseira, para a condição de 30 kJ/cm, deram lugar às microestruturas de tenacidade mais elevada, para o insumo de calor de 50 kJ/cm. / In this work the fracture toughness results of the heat affected zone (HAZ) in a multiple pass welds using a crack tip opening displacement (CTOD) concept were evaluated and compared. It was used an ambiental resistent high strengh low alloy steel. The welds were carried out using a heat input of 30 and 50 kJ/cm in a bevel preparation 1/2 K. The results of CTOD testing showed that increasing heat input, caused an improvement in the weldments fracture toughness. Microstructural analysis revealed that the high hardness and low toughness microstructures formed at coarse grain HAZ, near fusion line, for welding condition 30 kJ/cm were changed to higher toughness microstructure using a heat input of 50 kJ/cm.

A avaliação da integridade estrutural de dutos pelo uso de corpos-de-prova laboratoriais depende da escolha de corpos-de-prova de geometrias que representem condições de restrições plásticas na frente da trinca, similares às encontradas nas condições operacionais dos dutos. O Núcleo de Ensaios de Materiais e Análise de Falhas, NEMAF do SMM, EESC-USP vem realizando pesquisas para o desenvolvimento de corpos-de-prova e metodologias experimentais que melhor represente esta situação. Entretanto, no caso de dutos existem situações onde a geometria e o tamanho do corpo-de-prova são limitados pelas dimensões do duto. Este trabalho apresenta o desenvolvimento e aplicação de espécimes SE(T) em aço API 5L X70, avaliando a influência da geometria e dimensões do corpo-de-prova na tenacidade à fratura do citado aço, sendo este utilizado na fabricação de dutos para transporte de gás e petróleo. Para isto, foram obtidas curvas de resistência à propagação dúctil de trincas, curvas J-R\'s, utilizando a metodologia do espécime único (single specimen) em conjunto com a técnica da variação da flexibilidade elástica (unloading elastic compliance), medida na boca da trinca (CMOD) que fornece ao mesmo tempo a área plástica abaixo da curva de carregamento versus deslocamento e o tamanho da trinca, segundo a norma de ensaios ASTM E1820-05. Foram ensaiados corpos-de-prova SE(T) com trincas rasa (a/W=0,2) e profunda (a/W=0,5) e razão W/B de 2,5 e 1,0, com a finalidade de garantir que o ensaio seja realizado em dominância de um estado plano de deformação como recomendado pela referida norma, para outros tipos de corpos-de-prova. Dos resultados observou-se que, independente do tamanho de trinca inicial adotado, não foram observadas diferenças significativas nas curvas J-R. Este fato pode ser comprovado nos casos de W/B = 2,5 e 1,0, sendo obtidas curvas J-R similares para cada caso, independente do valor de a/W. Entretanto, na grande maioria dos CDP\'s, foi obtida uma propagação dúctil de trinca anômala, ou seja, trincas que apresentam um tunelamento acentuado, decorrente de um elevado estado de tensão plana próximo das laterais, mesmo com o entalhe lateral de 20% da espessura. Os corpos-de-prova com W/B = 1,0 foram capazes de produzir curvas J-R, sem que as trincas apresentassem tunelamento e que os valores médios de trinca (ai e af) medidos conforme a norma (ASTM, 2005), são bastante próximos dos valores obtidos pelo método da variação de flexibilidade elástica. As razões para este fato são discutidas em detalhes. De um modo geral as delaminações, quando existente, não permitem uma correta medição do tamanho de trinca. Ainda, contrário à observação de outros pesquisadores, neste trabalho, foi observado que em vários casos as delaminações induziram fratura instável. / The evaluation of pipes´ structural integrity from laboratories specimens depends on choosing the right specimen geometry that is able to present the conditions of plastic constrain at the crack tip, similar to the one found in the pipes´ operational conditions. The NEMAF Group from SMM, EESC-USP has been performing studies in this area, trying to develop specimen´s geometry that is able to represent this situation, as well as the necessary experimental methodologies to evaluate the fracture toughness of pipes. However, in some cases, the pipe size is a limiting factor in determining the specimen size and geometry. In this work is presented the development and application of specimens SE(T), evaluating the influence of the geometry and dimensions of the specimens on the fracture toughness of API 5L X70 steel, regularly used in the pipes for gas and petroleum transportation. Therefore, the resistance curves to ductile crack propagation, J-R`s curves, using the single specimen methodology, together with the variation of the elastic compliance technique (multiple unloading), measure at the crack mouth (CMOD) that provides both the plastic area under the load x displacement curve and crack size, according to the ASTM E1820-05 standard. The SE(T) specimens with shallow (a/W=0.2) and deep (a/W=0.5) cracks and W/B ratio of 2.5 and 1.0 trying to reduce the amount of plastic deformation and a straight crack front, as well as a dominance of a plane strain state at the crack tip, as recommended by the ASTM E1820-05 standard for other specimens type. From the results it was observed that, independent of the initial a/W, no significant differences were observed in the J-R curves. This fact is verified in both cases, this is, W/B = 2.5 and 1.0. However, in the great majority of CDP\'s with W/B = 2.5, it was obtained an anomalous crack propagation during testing, in other words, they presented an accentuated tunneling due to a high plane tension state near the CDP´s lateral faces, even with the side groove of 20% thickness. The specimens with W/B = 1.0 were capable to produce J-R curves with straight crack fronts, this is, without tunneling, allowing the measurement of medium values of the crack (ai e af) according to the ASTM E1820-05 standard. The reasons for this fact are discussed in details in this work. In general, the split, when present, did not allow a correct crack size measurement. Still, contrary to the other researchers\' observation, in this work, it was observed that in several cases the splits were able to induced unstable fracture.

Aplicações de alto desempenho, como as de dutos utilizados no transporte de derivados de petróleo, exigem materiais com uma combinação excepcional de propriedades mecânicas, dentre as quais, elevada resistência mecânica, tenacidade e resistência à fadiga. O aço API 5L X70 com adição de nióbio apresenta-se, quando comparado com o API 5L X70 padrão, como sendo uma opção para a melhora em seu processo de fabricação, sendo sua composição química diferenciada, devido a um maior teor de nióbio. A Arcelor Mittal Tubarão tem mostrado interesse em fabricar aços API X70/X80, sem a adição de V e com adições de Nb acima do recomendado pela Petrobras. O objetivo principal deste trabalho é o estudo da resistência mecânica e de tenacidade à fratura de dois aços API 5L X70, com teores de Nb de 0,06% e Nb de 0,09% em peso, processados conforme processo HSM Arcelor Mittal Tubarão. Para o atendimento deste objetivo, serão executadas a caracterização microestrutural conforme norma ASTM E3, ensaios de tração conforme ASTM E8M e ensaios de tenacidade à fratura conforme a norma ASTM E1820 com obtenção das curvas J-R\'s. Foram retirados corpos de prova da região de material base, região da solda e zona termicamente afetada. A partir dos resultados obtidos observa-se que o processo de laminação controlada a quente da Arcelor Mittal, produziu microestruturas bastante similares para ambas as composições, produzindo parâmetros de resistência mecânica similares e que atenderam o especificado pela Norma API 5L X70, nível PSL2. As soldas se apresentaram, a partir de valores de dureza, ligeiramente superiores ao do metal base (overmatch), sendo o resultado de microestruturas bastante similares. Os ensaios para obtenção das curvas J-R foram capazes de apresentar resultados representativos da resistência à propagação dúctil de trinca, para as espessuras de tubos estudadas. Estes resultados indicaram elevada resistência a propagação dúctil de trinca em ambos os aços, sendo que, o MB do aço NNb apresentou resistência superior ao ANb. O MS apresentou curvas J-R bem inferiores às do MB e ZTA. Estas diferenças foram atribuídas a composição microestrutural de cada região. / High performance applications such as pipelines used to transport oil products require materials with an exceptional combination of mechanical properties, such as high mechanical strength, toughness and fatigue resistance. The API 5L X70 steel with enhanced niobium as an option to the production of this type of HSLA steel. Arcelor Mittal, Tubarão/Brazil has great interest in producing API 5L X70/X80 steels, without V and with Nb content above the recommended by Petrobras. Thus, the main objective of this thesis is the study of the mechanical strength and fracture toughness of API 5L X70 steel with Nb content of 0.06% Nb and 0.09% by weight processed as HSM Arcelor Mittal Tubarão process. To meet this goal, microstructural characterization following the ASTM E3, tensile tests following the ASTM E8M and Elastic Plastic Fracture toughness testing, according to ASTM E1820, were carried out. Specimens were taken from the base material region, weld bead and heat affected zone. From the results obtained it was observed that the controlled hot rolling process from ArcelorMittal, produced very similar microstructures for both compositions, as a consequence similar mechanical resistance and both met the criteria specified by the API Standard 5L X70, PSL2 level. The produced girth welds presented hardness values slightly higher than those from the base metal (overmatch), and resulted in very similar microstructures. The fracture toughness tests were able to provide valid JR curves that are representative results of resistance to ductile crack propagation for this pipe thickness. Both steels presented resistance to ductile crack propagation, and that the MB of the NNB steel showed superior resistance to the ANb steel. MS showed the lowest J-R curves, while MB and ZTA presented similar behavior. These differences were attributed to microstructural composition of each region.

Submitted by Maria Medeiros (maria.dilva1@ufcg.edu.br) on 2018-08-20T13:53:22Z No. of bitstreams: 1 WELLINGTON CORDEIRO OLIVEIRA - DISSERTAÇÃO (PPGEM) 2018.pdf: 8813868 bytes, checksum: a538ae4b12c154e17d31068945d4febb (MD5) / Made available in DSpace on 2018-08-20T13:53:22Z (GMT). No. of bitstreams: 1 WELLINGTON CORDEIRO OLIVEIRA - DISSERTAÇÃO (PPGEM) 2018.pdf: 8813868 bytes, checksum: a538ae4b12c154e17d31068945d4febb (MD5) Previous issue date: 2018-04-06 / Os aços ferramenta têm uma importante participação no mercado mundial no que se refere a engenharia. São usados na indústria metal-mecânica como ferramentas de corte, moldes, punções, entre outras aplicações. Devido a sua grande importância, é imprescindível discutir a relação entre a microestrutura e as propriedades mecânicas, devido ser uma prática comum na indústria especificar os tratamentos térmicos com base principalmente na dureza final do material, sem considerar que para um mesmo valor de dureza um aço ferramenta pode apresentar diferentes propriedades mecânicas, isto dependendo do ciclo de tratamento térmico aplicado. Logo, a seleção do tratamento térmico é um aspecto tecnológico relevante no desempenho destes aços. Tendo em vista a vasta possibilidade de propriedades mecânicas obtidas (tenacidade a fratura) com diferentes tratamentos térmicos, esse trabalho teve como objetivo especificar um aço ferramenta nacional e um conjunto de parâmetros de tratamento térmico que possibilite a utilização deste material como forma de substituição de um outro aço importado utilizado na confecção de lâminas de corte usadas no processamento de placas de chumbo. O aço selecionado para o desenvolvimento deste trabalho foi o aço AISI D6, a seleção desse aço foi feita tomando-se como base as características obtidas através de análises realizadas em campo e de microdureza e microestrutura das lâminas de corte já existentes no processo confeccionadas com aço importado. Com o aço selecionado em mãos, aplicou-se dois tratamentos térmicos diferentes de têmpera e revenido (um proposto pelo fabricante e outro proposto pelo trabalho em execução), onde avaliou-se o efeito dos tratamentos térmicos sobre as propriedades mecânicas e microestrutural do material. Através da análise dos resultados da relação entre dureza e tenacidade, constatou-se que para os dois tratamentos térmicos aplicados, não houve variações significativas das propriedades mecânicas do material, e que os dois tratamentos apresentaram resultados satisfatórios. O aço ferramenta nacional especificado apresentou-se como alternativa para substituição do aço importado utilizado atualmente. Testes obtidos em campo com a lâmina fabricada com o aço nacional especificado nesse estudo e que recebeu o tratamento térmico proposto pelo fabricante (FAB), corroboraram com a análise das propriedades, visto que se constatou aumento do tempo de vida de corte em mais de 30%. / The tool steels have an important participation in the world market with regard to engineering. They are used in the metal-mechanic industry as cutting tools, molds, punches, among other applications. Because of its great importance, it is essential to discuss the relationship between the microstructure and the mechanical properties, since it is a common practice in industry to specify thermal treatments based mainly on the final hardness of the material, without considering that for a same hardness value a steel tool may have different mechanical properties, depending on the heat treatment cycle applied. Therefore, the selection of heat treatment is a relevant technological aspect in the performance of these steels. Considering the wide possibility of mechanical properties obtained (fracture toughness) with different thermal treatments, this work had the objective of specifying a national tool steel and a set of thermal treatment parameters that allow the use of this material as a substitute for a another imported steel used in the manufacture of cutting blades used in the processing of lead plates. The steel selected for the development of this work was AISI D6 steel, the selection of this steel was made taking as a base the characteristics obtained through field analysis and microhardness and microstructure of the cutting blades already in the process made with steel imported. With the selected steel in hand, two different tempering and tempering treatments were applied (one proposed by the manufacturer and another proposed by the work in progress), where the effect of the thermal treatments on the mechanical and microstructural properties of the material was evaluated. By analyzing the results of the relationship between hardness and toughness, it was found that for the two thermal treatments applied, there were no significant variations of the mechanical properties of the material, and that both treatments presented satisfactory results. The specified national steel tool was presented as an alternative to replace the currently used imported steel. Field tests with the blade manufactured with the national steel specified in this study and that received the thermal treatment proposed by the manufacturer (FAB), corroborated with the analysis of the properties, as it was observed an increase in the cutting life time in more than 30 %.

Diversos critérios de tenacidade à fratura translaminar dinâmica foram determinados para o laminado híbrido metal-fibra TiGra, empregando-se conceitos e metodologias da Mecânica da Fratura Elástica Linear MFEL (fator-K) e da Mecânica da Fratura Elasto-Plástica MFEP (integral-J). Verificou-se que as tenacidades de iniciação elasto-plástica, Jid, e de carga máxima, Jmd, do TiGra são controladas pelo desenvolvimento, ou supressão de delaminações. Os resultados indicaram que o emprego deste material se justifica mais pela sua resistência à propagação de danos (caracterizada por Jmd) do que à iniciação da fratura dinâmica (por Jid). De modo geral, os requisitos de validade de Jid como verdadeira propriedade do material (JId) foram satisfeitos, embora para Jmd boa parte das restrições quanto ao tamanho mínimo do corpo-de-prova tenha sido violada. Mais freqüentemente, velocidades mais rápidas de impacto beneficiaram as tenacidades-J do TiGra, enquanto que temperaturas mais elevadas afetaram negativamente estas propriedades. Quanto à MFEL, a tenacidade KJd do TiGra foi beneficiada pelo incremento na taxa de carregamento sob temperaturas mais elevadas, enquanto que a tenacidade Kid foi negativamente afetada pela taxa de deformação em todas as temperaturas avaliadas. Temperaturas mais altas também degradaram as propriedades de tenacidade-K do TiGra. Em oposição às tenacidades-J, os critérios KJd e Kid não satisfizeram em absoluto os mais exigentes critérios de contenção de plasticidade estabelecidos pela MFEL, se comparados aos propostos pela MFEP. Por fim, o desempenho mecânico do laminado TiGra foi severamente comprometido quando do cômputo da densidade específica para a determinação das tenacidades J e K por unidade de massa, sendo nesta ocasião o laminado híbrido facilmente superado por vários laminados convencionais da classe dos Carbono-Epóxi. / Several dynamic translaminar fracture toughness criteria have been determined for TiGr hybrid fiber-metal laminate through Linear Elastic (K-factor) and Elastic-Plastic (J-integral) Fracture Mechanics (LEFM and EPFM, respectively) concepts and methodologies. Instrumented Charpy impact testing was carried out over a wide range of temperatures under two loading rates. It has been discovered that the elastic-plastic initiation toughness, Jid, and the toughness at maximum load, Jmd, of TiGr are controlled by either delamination favoring or suppression. Impact tests revealed that the in-service use of TiGr must rely on its resistance to dynamic fracture propagation (as characterized by Jmd) rather than on fracture initiation (by Jid). In a broad sense, the requirements for Jid data validity as a material property (JId) were fulfilled, whereas many restrictive demands in regard to the minimum testpiece size were violated by the Jmd criterion. Generally, higher impact velocities were beneficial to TiGrs J-toughnesses, inasmuch as higher temperatures impaired these properties. Regarding the LEFM approach, KJd toughness of TiGr laminate was imparted by faster impacts at higher temperatures, whilst the strain rate negatively influenced the Kid toughness over the whole temperature range tested. Higher temperatures also degraded the K-toughness properties of TiGr hybrid laminate. Differently from J-toughnesses values, the KJd e Kid criteria did not satisfy at all the more stringent criteria set forth by the LEFM approach with regard to plastic constraint, as compared to those established by EPFM. Finally, the mechanical performance of TiGr laminate was overwhelmingly compromised as the materials specific gravity was taken in account to obtain K and J toughness values by unit weight, so that TiGr was by far exceeded in this regard by conventional Carbon/Epoxy composite laminates.

No presente trabalho produziu-se amostras de flexão em três pontos, SENB, a partir de placas moldadas por compressão feitas de uma resina de Poli(metacrilato de metila) comercial. Dois conjuntos contendo 6 amostras cada foram então pré-trincados por meio de uma lamina afiada de aço adotando-se dois métodos diferentes propostos pela literatura técnica: através de batidinhas (gentle tapping) e através da inserção controlada a velocidade constante da lâmina, ambas usando um dispositivo especialmente desenhado para este fim. Estas amostras foram então submetidas ao ensaio de tenacidade à fratura em deformação plana, KIc, com o intuito de se testar a hipótese de que os diferentes métodos introduzem diferentes padrões de dano na matriz próxima à região da ponta da pré-trinca, o que, por sua vez, influência os resultados obtidos. Adotou-se a norma ASTM D 5045 como padrão do ensaio. Todas as amostras produziram resultados válidos para KIc, considerando-se os critérios da norma. Os resultados confirmam a hipótese inicial mostrando que os diferentes métodos de introdução da pré-trinca influenciam o valor medido de KIc a um nível de significância de 5% para a diferença das médias obtidas nos dois grupos, sendo que o valor mais conservador é obtido quando as pré-trincas são introduzidas pelo método das batidinhas (KIc = 1,15 ± 0,11 MPa m1/2). Com base nestes resultados novas amostras com geometria auto-similar às anteriores foram produzidas e usadas para a investigação do estado de tensão desenvolvido nas amostras pelo método da fotoelasticidade. Os resultados confirmam que os diferentes métodos de pré-trincamento produzem diferentes padrões de Moiré próximos à ponta da trinca, o que prova que os estados de tensão são efetivamente afetados e que o método da inserção controlada produz a maior perturbação no campo de tensão próximo à ponta da pré-trinca. / Single-Edge-Notch Bending samples produced out of compression-molded plates obtained from a commercial Poly(methyl metacrylate), PMMA, resin were investigated concerning the influence of the adopted pre-cracking methodology on plane strain fracture toughness results according to ASTM D 5045 standard. Two sets of 6 samples each were pre-cracked using a sharp-edge scalpel steel blade using two methodologies proposed in the technical literature: by gentle tapping on the blade and by controlled insertion at constant velocity, both using a device specially designed for these purposes. These sample were, then, submitted to the plane strain fracture toughness (KIc) test based on the hypothesis that different pre-cracking methods result in different damage levels of the matrix near the pre-crack tip and, hence, in different measured values for KIc. All samples produced valid results for KIc based on the geometric criteria adopted by the standard. The results confirm the original hypothesis showing that the two pre-cracking methods influence the measured value at a significance level of 5% for the comparison of the averages obtained in both sets. The most conservative value for plane strain fracture toughness of the investigated resin is obtained by pre-cracks introduced by gentle tapping on the blade (KIc = 1.15 ± 0.11 MPa m1/2). Based on these results new samples with a self-similar geometry were produced and submitted to photoelasticity tests to investigate the influence of the pre-cracking methods on the strain-field developed during three-point bending loading. The results confirm that the different methods produce different Moiré patterns close to the pre-crack tip, proving that the developed stress fields are different and that pre-cracks introduced by controlled insertion of the blade produce the largest perturbations of the strain field close to the pre-crack tip.

Neste trabalho, foram determinadas as propriedades mecânicas de fadiga de baixo e alto ciclo e de tenacidade à fratura JIC de um aço inoxidável austenítico do sistema Cr-Mn-N, utilizado na confecção de colares para perfurações pela indústria de exploração de petróleo. Foi também avaliada a influência da temperatura de serviço nas propriedades mecânicas do aço, que apresentou um decréscimo significativo nos valores dos limites de escoamento e de resistência e do alongamento com o aumento da temperatura. Na temperatura ambiente, os ensaios de fadiga de baixo e alto ciclo foram realizados segundo as normas ASTM E606 e ASTM E466. Em temperaturas superiores, as propriedades de fadiga foram estimadas utilizando alguns métodos atualmente disponíveis, que utilizam somente as propriedades mecânicas de tração. Os resultados obtidos mostraram uma pequena influência da temperatura na vida à fadiga na região de baixo ciclo e uma grande influência na região de alto ciclo. A curva tensão-deformação cíclica do material foi obtida pelo método convencional e pelo método do passo incrementai, que utiliza somente um corpo de prova. Os ensaios de JIC foram realizados nas temperaturas ambiente e 150°C, segundo a norma ASTM E813, utilizando a técnica de variação da flexibilidade elástica. Na temperatura ambiente, foi observada uma grande dispersão nos valores obtidos de JIC, atribuída à presença de uma fase frágil, identificada como precipitados de carbonitretos mistos de ferro, cromo, manganês e nióbio. Foi também observada uma diminuição no valor médio de JIC com o aumento da temperatura. / In the present work, the low and high cycle fatigue and fracture toughness properties of a Cr-Mn-N austenitic stainless steel used for application in drill collars were investigated. Also, the temperarure dependence of the tensile properties was determined, and it was found that the yield strength, ultimate strength and elongation values decrease significantly with the temperature. The low and high cycle fatigue testing were carried out at room temperature according to ASTM E606 and ASTM E466 standards. At high temperarure, the fatigue properties were estimated from monotonic propetties obtained in the tensile testing. The results showed small influence of temperature in the fatigue life in the short-life range and great influence in the long-life range. The cyclic stress-strain curve was obtained by companion specimen tests and incremental step tests methods. The last method showed to be advantageous because only one specimen and short testing time were required. The fracture toughness was detennined at room temperature and at 150°C applying elastic-plastic fracture mechanics concepts. The single specimen elastic compliance technique for crack length determination was employied. At room temperature a great scattering of the JIC values was observed due the presence of the brittle phase identified as a precipitates of carbonitride content Fe, Cr, Mn, Nb elements. Also a decreasing of average value o f the JIC was observed with the increasing of temperature.

O presente trabalho avalia e compara os resultados da tenacidade à fratura da zona termicamente afetada (ZTA) de soldas múltiplos passes por meio de ensaios de CTOD. Para este estudo, foi utilizado um aço alta resistência e baixa liga (ARBL) resistente à corrosão ambiental. As soldas foram realizadas com insumo de calor de 30 e 50 kJ/cm em um chanfro 1/2 K. Os resultados dos ensaios de CTOD mostraram que a solda produzida com maior insumo de calor apresenta tenacidade à fratura mais elevada. A análise microestrutural revelou que as microestruturas de elevada dureza e baixa tenacidade, formadas na ZTA de granulação grosseira, para a condição de 30 kJ/cm, deram lugar às microestruturas de tenacidade mais elevada, para o insumo de calor de 50 kJ/cm. / In this work the fracture toughness results of the heat affected zone (HAZ) in a multiple pass welds using a crack tip opening displacement (CTOD) concept were evaluated and compared. It was used an ambiental resistent high strengh low alloy steel. The welds were carried out using a heat input of 30 and 50 kJ/cm in a bevel preparation 1/2 K. The results of CTOD testing showed that increasing heat input, caused an improvement in the weldments fracture toughness. Microstructural analysis revealed that the high hardness and low toughness microstructures formed at coarse grain HAZ, near fusion line, for welding condition 30 kJ/cm were changed to higher toughness microstructure using a heat input of 50 kJ/cm.