[pt] Esta pesquisa teve como objetivos promover variações microestruturais em um ferro fundido nodular ferrítico tipo ASTM A536 60-40-18, pelo do uso de resfriadores durante a solidificação do material e pela adoção de tratamentos térmicos pós-fundição, bem como avaliar a influência de tais variações microestruturais sobre as propriedades mecânicas e vida em fadiga do material. Inicialmente, amostras do material foram fundidas em areia com e sem o uso de resfriadores. Após a fundição, algumas amostras de ambas as condições de resfriamento sofreram normalização, enquanto outras foram recozidas, perfazendo seis diferentes condições microestruturais: sem resfriador bruta de fundição (SRB); sem resfriador normalizada (SRN); sem resfriador recozida (SRR); com resfriador bruta de fundição (CRB); com resfriador normalizada (CRN) e com resfriador recozida (CRR). Em seqüência, corpos de prova de todas as condições mencionadas acima foram ensaiados em tração e, posteriormente, sofreram análises metalográficas qualitativas e quantitativas. Dando continuação a etapa experimental, levantaramse as curvas tensão versus número de ciclos para a falha das condições microestruturais SRB, SRR, CRB e CRR, por meio de ensaios de fadiga em flexão rotativa. A vida em fadiga do material também foi relacionada com às características metalúrgicas de cada condição. / [en] The objectives of the present work were to promote microstructural variations in an ASTM A 536 60-40-18 ferritic nodular cast iron, making use of cast coolers during and adopting heat treatments after casting, as well as to evaluate the influence of the microstructural variations on the mechanical properties and fatigue life of the material. Initially, samples of the material were cast in sand moulds with and without internal coolers. After casting, a number of samples in both cooling conditions were subjected to normalizing and annealing heat treatments and, therefore, six different microstructural conditions were obtained: as- cast without cooler (SRB), normalized without cooler (SRN), annealed without cooler (SRR), as-cast with cooler (CRB), normalized with cooler (CRN) and annealed with cooler (CRR). Tensile test were carried out on specimens representing the above mentioned conditions and their microstructures were analysed by qualitative and quantitative metallography. In the sequence of the experimental procedure, rotating bend fadigue test were performed in order to establish the stress-life curves for the SRB, SRR, CRB and CRR microstructural conditions. The fadigue life of the material was also related to the metallurgical characteristics of each condition. The metallographic analysis has indicated that the use of coolers increases the number of graphite nodules, reduces the graphite nodule size and otimizes the spherical morphology. However, these microstructural modifications seam to have no significant influence on the mechanical properties of the material. As to the effect of normalizing annealing, boht treatments not imply in significant changes in the mechanical properties of the as-cast conditions. Regarding the fadigue resistance of the material in the as-cast conditions, the CRB sample showed a longer fatigue life than the SRB samples and this performance under cyclic loading was attributed to the fact that the CRB condition is characterized by a higher number of graphite nodules of class VI. A comparison between the as-cast and annealed conditions indicated that the microstructural conditions SRR and CRR presented a lower fatigue resistance than the conditions SRB and CRB, respectively. This behaviour was associated with the microstructural features of the as-cast conditions, namely the smaller graphite nodule size, the higher microhardness of the matrix and the presence of the bull`s-eye structure. Finally, the experimental stress-life curves were modelled by means of Coffin-Manson law, which was considered efficient in the fadigue life data of ferritic nodular cast iron.

Os aços de alta resistência e baixa liga (ARBL) utilizados em tubos para linhas de transmissão, ou seja, transferência e transporte de petróleo e gás, são especificados pela American Petroleum Institute (API) através da norma API 5L. Neste trabalho foi realizado um estudo da influência da têmpera e da nitretação no comportamento mecânico do aço API 5L X56. A microestrutura, os compostos formados com a nitretação e os mecanismos de fratura foram analisadas usando microscopia óptica, difração de raios X e microscopia eletrônica de varredura respectivamente. As amostras foram caracterizadas mecanicamente por testes de microdureza, tração, impacto e fadiga. Os resultados revelaram que apenas a têmpera promoveu modificações severas na microestrutura em relação à como recebida, formando bainita, martensita e constituinte M-A. A camada nitretada apresentou profundidade de 25 ?m e formação dos nitretos Fe3N e Fe4N. Houve aumento da microdureza, resistência mecânica com os tratamentos, juntamente com a diminuição da tenacidade e também houve um melhoramento na vida em fadiga para as duas amostras tratadas termicamente e superficialmente. Os mecanismos de fratura variaram de dúctil à frágil e em fadiga foi observado que as trincas nuclearam a partir da superfície para todas as amostras. / The high strength and low alloy steel (HSLA) used in pipeline for line transmission, there is transference and transportation of oil and gas, they are specified by American Petroleum Institute (API) through norm API 5L. In this work it was conducted a study of the nitriding and quenching influence on the mechanical behavior of API 5L X56. The microstructure, compounds made with the nitriding and the mechanisms failure were analyzed using optical microscopy, X-ray diffraction and scanning electron microscopy respectively. The samples were mechanical characterized by microhardness, tensile, impact and fatigue test. The results revealed that only quenching treatment promoted severe modifications in microstructure in relation to as received, making up bainite, martensite and M-A constituent. The nitriding layer showed depth of 25 ?m and formation of Fe3N e Fe4N nitrides. There was an increasing of microhardness and mechanical strength with the treatments, along with the decreasing of toughness and there was also an improvement in fatigue life for the two samples heat e surface treated. The failure mechanisms varied from ductile to brittle and in fatigue was observed that the cracks nuclear from the surface to all samples.

Este trabalho consiste na pré-análise da vida em fadiga na junção asa fuselagem de uma aeronave agrícola. A necessidade desta avaliação surgiu a partir de um estudo do mercado agrícola que constatou que a configuração atual do Ipanema não mais satisfaz as necessidades dos operadores. Para voltar a ter competitividade, a Indústria Aeronáutica Neiva decidiu por realizar alterações estruturais que considerou necessária para elevar a produtividade de seu produto. Devido à essas alterações, foi necessário definir o perfil de missão agrícola para, em seguida, determinar o espectro de carregamento dinâmico dessa aeronave. As rajadas verticais são as principais responsáveis pelas cargas dinâmicas nesse contexto apesar de ser consideradas as rajadas laterais e as cargas de manobra. A partir da distribuição de sustentação para fator de carga unitário e dos alívios inerentes às forças de inércias, traçou-se o perfil de carga cortante e momento fletor ao longo da envergadura. Combinando os fatores de carga obtidos da análise dinâmica com esses esforços, traçou-se o diagrama de excedências para essa nova configuração. Também foi necessária a modelagem em elementos finitos da região de interesse para a utilização da metodologia S-N de estimativa de vida em fadiga. Algumas simplificações foram adotadas devido às poucas informações de detalhes do projeto, mas mesmo assim obteve-se um comportamento muito semelhante ao observado nos ensaios de certificação. Por esse critério, ambos os objetos de análise (longarina dianteira e ferragens de ligação) foram aprovados. Entretanto, cabe a ressalve que esse estudo foi localizado, não prevendo o surgimento de novas trincas fora da região de estudo.

Esse trabalho traz uma abordagem ao problema da Fadiga Sônica em painéis reforçados de alumínio de uma típica estrutura de aplicação aeronáutica, submetidos a um carregamento acústico randômico proveniente dos gases de escape de motores a reação. A obtenção da resposta aos modos de vibrar, os níveis de tensões totais aplicados e resistência à fadiga da estrutura quando excitada por tais cargas sonoras se baseiam no processo de cálculo semi empírico proposto em relatórios do ESDU (Engeneering Sciencies Data Unit) e serão conduzidos a partir do desenvolvimento de um algoritmo utilizando a ferramenta VBA (Visual BASIC for Applications) do Microsoft Excel. O método de elementos finitos será então aplicado a fim de analisar e validar os resultados obtidos por essa ferramenta. Será mostrado que tais resultados estão de acordo com os obtidos pelo software NASTRAN e, portanto, torna o programa eficiente para análise da fadiga sônica.

Os aços de alta resistência e baixa liga (ARBL) utilizados em tubos para linhas de transmissão, ou seja, transferência e transporte de petróleo e gás, são especificados pela American Petroleum Institute (API) através da norma API 5L. Neste trabalho foi realizado um estudo da influência da têmpera e da nitretação no comportamento mecânico do aço API 5L X56. A microestrutura, os compostos formados com a nitretação e os mecanismos de fratura foram analisadas usando microscopia óptica, difração de raios X e microscopia eletrônica de varredura respectivamente. As amostras foram caracterizadas mecanicamente por testes de microdureza, tração, impacto e fadiga. Os resultados revelaram que apenas a têmpera promoveu modificações severas na microestrutura em relação à como recebida, formando bainita, martensita e constituinte M-A. A camada nitretada apresentou profundidade de 25 ?m e formação dos nitretos Fe3N e Fe4N. Houve aumento da microdureza, resistência mecânica com os tratamentos, juntamente com a diminuição da tenacidade e também houve um melhoramento na vida em fadiga para as duas amostras tratadas termicamente e superficialmente. Os mecanismos de fratura variaram de dúctil à frágil e em fadiga foi observado que as trincas nuclearam a partir da superfície para todas as amostras. / The high strength and low alloy steel (HSLA) used in pipeline for line transmission, there is transference and transportation of oil and gas, they are specified by American Petroleum Institute (API) through norm API 5L. In this work it was conducted a study of the nitriding and quenching influence on the mechanical behavior of API 5L X56. The microstructure, compounds made with the nitriding and the mechanisms failure were analyzed using optical microscopy, X-ray diffraction and scanning electron microscopy respectively. The samples were mechanical characterized by microhardness, tensile, impact and fatigue test. The results revealed that only quenching treatment promoted severe modifications in microstructure in relation to as received, making up bainite, martensite and M-A constituent. The nitriding layer showed depth of 25 ?m and formation of Fe3N e Fe4N nitrides. There was an increasing of microhardness and mechanical strength with the treatments, along with the decreasing of toughness and there was also an improvement in fatigue life for the two samples heat e surface treated. The failure mechanisms varied from ductile to brittle and in fatigue was observed that the cracks nuclear from the surface to all samples.

As novas ligas de alumínio que contém lítio são atraentes devido à sua baixa densidade, alto módulo elástico, elevada resistência mecânica e por terem boa resistência à corrosão em comparação com ligas similares que não contém lítio. A degradação do material devido à fadiga e corrosão são os dois principais fatores que contribuem para o envelhecimento de uma aeronave. O objetivo deste trabalho é estudar a resistência à fadiga de uma nova liga de Al-Li, denominada de AA 2050-T84, considerando os estágios de nucleação e de propagação. No primeiro caso são avaliados o efeito da variação do concentrador de tensão (kt) e o efeito da razão de tensões (R), enquanto que no segundo caso são estudados os efeitos da direção de laminação e da razão de tensões (R) na taxa de propagação da trinca por fadiga. Para o estágio de iniciação é possível observar que quanto maior o valor de R, menor é a vida em fadiga. Para um R constante, o concentrador de tensão reduz significantemente a vida em fadiga. Considerando a vida de propagação de trinca por fadiga, observa-se que, independente da direção de laminação, quanto maior o valor de R, para um mesmo ΔK, maior foi a taxa de propagação de trinca. Para um mesmo R, o expoente m da equação de Paris é maior na direção TL indicando maior velocidade de crescimento de trinca. Independentemente da direção tomada, quanto maior o valor de R maior o valor de m. O modelo matemático utilizado previu muito bem o efeito de R na taxa de propagação de trinca. A liga AA 2050 apresenta resistência à fadiga similar ligas das famílias 2XXX e 7XXX e similar a da liga Al-Li AA 2198 T8. / The new Al-Li alloys are very attractive due to its low density, high elastic modulus, increased mechanical strength, as well as good corrosion resistance in comparison with similar alloys that don\'t contain lithium. The material\'s degradation due to fatigue and corrosion are the main factors of aircrafts aging, and it is quite important to take them in account to guarantee the aircraft structural integrity. The aim of this work is to study the fatigue strength of a new Al-Li alloy, denominated as AA 2050 T84, considering both nucleation and propagation fatigue lives. In the first case were evaluated the effect of the variation of the stress concentrator (kt) and the effect of the stress ratio (R), while in the propagation life were considered the effect of the rolling direction and the stress ratio (R). From the initiation life results, it is possible to observe that as higher was R, lower is fatigue life and that the intensity of the stress concentrator reduces fatigue life significantly, independent of the R value. The results from the propagation life shows that in both LT e TL directions and for a constant ΔK, higher R induces larger fatigue crack propagation rates. Considering a constant R, the TL direction presents a larger exponent m of Paris equation, which is an indicative of higher larger crack propagation rate. Also, larger R causes larger m, independently of the rolling direction. The mathematical model used was able to take in account the R effect on the crack propagation rate. Considering the more traditional Al alloys from 2XXX and 7XXX families, and the Ali-Li alloys AA 2198 T8, the AA 2050 presented a quite similar fatigue behavior.

[pt] Esta pesquisa teve como objetivo avaliar a vida-fadiga de dois ferros fundidos nodulares modificados metalurgicamente, sendo uma classe predominantemente ferrítica e outra.perlítica. Inicialmente, amostra dos dois ferros fundidos nodulares ferrítico e perlítico foram fundidas adotando-se moldação em areia na geometria padrão Y-block. Em seqüência, corpos de prova para ensaios mecânicos e de fadiga foram usinados das amostras ferríticas e perlíticas. Após os ensaios de tração e dureza, realizaram-se análises metalográficas qualitativas e quantitativas em ambos os materiais, com o intuito de se determinar suas características metalúrgicas, tais como contagem, distribuição e classe dos nódulos de grafita, bem como quantidade da matriz ferrítica e perlítica. Dando continuidade a etapa experimental, as curvas tensão versus número de ciclos para a falha do ferro fundido nodular ferrítico e do ferro fundido nodular perlítico foram levantadas por meio de ensaios de flexão rotativa. A vida útil em fadiga dos dois materiais foi relacionada com as suas características metalúrgicas. Quanto a resistência à fadiga, as amostras do ferro fundido nodular perlítico tiveram um melhor comportamento sob carregamento cíclico do que as amostras do ferro fundido nodular ferrítico. Tal comportamento superior foi atribuído a maior microdureza da matriz e a presença da estrutura olho-de-boi. Finalmente, as curvas experimentais tensão versus número de ciclos para a falha dos ferros fundidos nodulares ferrítico e perlítico foram modeladas pela equação de Coffin-Manson, que se mostrou eficiente no tratamento de dados experimentais da vida em fadiga de ambos os materiais. / [en] The objective of the present work was to evaluate the fatigue life of two nodular cast irons with metallurgical modifications and resulting in ferritic and perlitic different classes of material. Initially, samples of both materials were cast in sand moulds adopting the standard Y-block geometry. In the sequence, tensile and fatigue specimens were machined from the ferritic and perlitic samples. After the tensile and hardness tests, the microstructure of the both materials were analyzed by qualitative and quantitative metallography, aiming to characterize their metallurgical aspects as content, distribution and class of graphite nodules, as well as the contents of the ferritic and perlitic matrix. Following the metallurgical characterization, rolating bend fatigue tests were performed in order to estabilish the stress-life curves of the ferritic and perlitic nodular cast irons. Regarding the fatigue resistance, the specimens machined from the perlitic nodular sample showed a longer fatigue life than that related to the ferritic nodular specimens. The longer fatigue life of the perlitic nodular specimens was associated with a higher microhardness of the perlitic matrix and the preserve of the bull`s-eye structure. Finally, the experimental stress-life curves of the ferritic and perlitic nodular cast irons were modeled adopting the Coffin-Manson law, which was considered efficient in fitting experimental fatigue life data of both materials.

As novas ligas de alumínio que contém lítio são atraentes devido à sua baixa densidade, alto módulo elástico, elevada resistência mecânica e por terem boa resistência à corrosão em comparação com ligas similares que não contém lítio. A degradação do material devido à fadiga e corrosão são os dois principais fatores que contribuem para o envelhecimento de uma aeronave. O objetivo deste trabalho é estudar a resistência à fadiga de uma nova liga de Al-Li, denominada de AA 2050-T84, considerando os estágios de nucleação e de propagação. No primeiro caso são avaliados o efeito da variação do concentrador de tensão (kt) e o efeito da razão de tensões (R), enquanto que no segundo caso são estudados os efeitos da direção de laminação e da razão de tensões (R) na taxa de propagação da trinca por fadiga. Para o estágio de iniciação é possível observar que quanto maior o valor de R, menor é a vida em fadiga. Para um R constante, o concentrador de tensão reduz significantemente a vida em fadiga. Considerando a vida de propagação de trinca por fadiga, observa-se que, independente da direção de laminação, quanto maior o valor de R, para um mesmo ΔK, maior foi a taxa de propagação de trinca. Para um mesmo R, o expoente m da equação de Paris é maior na direção TL indicando maior velocidade de crescimento de trinca. Independentemente da direção tomada, quanto maior o valor de R maior o valor de m. O modelo matemático utilizado previu muito bem o efeito de R na taxa de propagação de trinca. A liga AA 2050 apresenta resistência à fadiga similar ligas das famílias 2XXX e 7XXX e similar a da liga Al-Li AA 2198 T8. / The new Al-Li alloys are very attractive due to its low density, high elastic modulus, increased mechanical strength, as well as good corrosion resistance in comparison with similar alloys that don\'t contain lithium. The material\'s degradation due to fatigue and corrosion are the main factors of aircrafts aging, and it is quite important to take them in account to guarantee the aircraft structural integrity. The aim of this work is to study the fatigue strength of a new Al-Li alloy, denominated as AA 2050 T84, considering both nucleation and propagation fatigue lives. In the first case were evaluated the effect of the variation of the stress concentrator (kt) and the effect of the stress ratio (R), while in the propagation life were considered the effect of the rolling direction and the stress ratio (R). From the initiation life results, it is possible to observe that as higher was R, lower is fatigue life and that the intensity of the stress concentrator reduces fatigue life significantly, independent of the R value. The results from the propagation life shows that in both LT e TL directions and for a constant ΔK, higher R induces larger fatigue crack propagation rates. Considering a constant R, the TL direction presents a larger exponent m of Paris equation, which is an indicative of higher larger crack propagation rate. Also, larger R causes larger m, independently of the rolling direction. The mathematical model used was able to take in account the R effect on the crack propagation rate. Considering the more traditional Al alloys from 2XXX and 7XXX families, and the Ali-Li alloys AA 2198 T8, the AA 2050 presented a quite similar fatigue behavior.