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[pt] ESTUDO DA INFLUÊNCIA DE DEFEITOS MICROESTRUTURAIS NO LIMIAR DE FADIGA DE AÇOS ESTRUTURAIS / [en] STUDY OF THE INFLUENCE OF MICROSTRUCTURAL DEFECTS ON THE FATIGUE THRESHOLD OF STRUCTURAL STEELSLETICIA BUENO NOGUEIRA 17 May 2021 (has links)
[pt] A determinação do limiar de propagação de trincas de fadiga oferece uma
gama de utilização dos materiais na engenharia, na aplicação a projetos que sejam
tolerantes ao dano. [delta]Kth é uma ferramenta que permite o estabelecimento de um
critério de carregamento sob o qual as trincas não crescerão significativamente
durante as operações de serviço do componente. Para sua determinação ser
amplamente aplicada, foi necessário estabelecer e estudar os fatores que pudessem
influenciá-lo positiva ou negativamente. Dentre os quais, a microestrutura
apresentou grande importância porque precisou ser controlada desde a fabricação
do material até a colocação em serviço do componente acabado. A finalidade do
componente e os esforços a que são submetidos quando em serviço determinam a
seleção do material. Assim, enumerou-se características básicas e requisitos
mínimos que atenderam a segurança e reduziram a relação custo-benefício. Foram
selecionados materiais (SAE 4340 e SAE 4140) cuja composição química e
propriedades mecânicas fossem semelhantes ao 42CrMo4 para que pudessem servir
de alternativa no emprego de eixos-virabrequim a fim de propor uma solução no
problema prático o qual estes vinham rompendo muito abaixo do limite de vida em
fadiga a que se propunham. Os resultados obtidos se mostraram satisfatórios pois
nos ensaios de propagação de trinca de um dos materiais escolhidos (SAE 4140)
obteve-se [delta]Kth de 12,48 MPa[raiz quadrada]m e no material de referência, [delta]Kth (médio) de 6,1
MPa[raiz quadrada]m. A observação da microestrutura do material de referência pode, com
ressalvas, ser visto como indicativo de corroboração do resultado apresentado no
[delta]Kth, pois foram localizadas ocorrências de inclusões dispersas na matriz metálica. / [en] The determination of the fatigue crack propagation threshold offers a range
of materials utilization in engineering, in application to projects that are tolerant to
damage. [delta]Kth is a tool that allows the establishment of a loading criterion under
which the cracks will not grow significantly during the service operations of the
component. For its determination to be widely applied, it was necessary to establish
and study the factors that could influence it positively or negatively. Among them,
the microstructure was of great importance because it had to be controlled from the
material manufacturing to the placing putting into service of a finished component.
The aim of the component and the stresses to which it is subjected when in service
determine the material selection. Thus, basic characteristics and minimum
requirements were listed which have attend the safety and has reduced cost-benefit
ratio. Materials (SAE 4340 and SAE 4140) were selected whose chemical
composition and mechanical properties that were similar to DIN 42CrMo4 so that
they could serve as an alternative in the use of crankshafts to propose a solution in
the practical problem which they were breaking well below the limit fatigue life
that they proposed. The results obtained were satisfactory because in the fracture
toughness tests of one of the chosen materials (SAE 4140) [delta]Kth of 12.48 MPa[square root]m
was obtained and in the reference material, [delta]Kth(average) of 6.1 MPa[square root]m. The
observation of the microstructure of the reference material may indicate, with
restrictions, as a corroboration of the result presented in the [delta]Kth, because
occurrences of dispersed inclusions in the steel matrix.
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Comportamento em fadiga da liga Al-Li AA 2050 / Fatigue behavior of Al-Li alloy AA 2050Bonazzi, Luís Henrique Camargo 10 July 2013 (has links)
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.
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Comportamento em fadiga da liga Al-Li AA 2050 / Fatigue behavior of Al-Li alloy AA 2050Luís Henrique Camargo Bonazzi 10 July 2013 (has links)
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.
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