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Previous issue date: 2018-08-31 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / A mecânica da fratura foi desenvolvida, utilizando-se uma descrição geométrica euclidiana que pressupõem uma trinca lisa sem irregularidades. Por esta razão, a modelagem matemática de uma trinca rugosa, usando a geometria fractal, tem sido a preocupação de vários autores nas últimas décadas. O intuito destes pesquisadores é descrever o fenômeno da fratura de forma mais autentica e precisa. Uma das formas de se avaliar as propriedades mecânicas de um material fraturado é usando o conceito de integral-J. Este conceito aplicado ao fenômeno da fratura define uma curva de resistência ao crescimento de trinca chamado de curva J-R. Sendo assim, vários modelos fractais de curva J-R têm sido propostos. Um dos modelos que vem ganhando destaque na literatura científica foi proposto por ALVES (2010, 2011). Por esta razão investigou-se, neste trabalho, a aplicação desse modelo no estudo da fratura do ferro fundido nodular e ferro fundido nodular austemperado (ADI). O objetivo foi avaliar os efeitos dos tratamentos térmicos de austêmpera na microestrutura e nas propriedades mecânicas de uma liga de ferro fundido nodular. Para tanto foi empregado duas rotas de tratamentos térmicos: austêmpera convencional, consistindo de austenitização a 900ºC por 60min, seguida de austêmpera até 250ºC e à 300ºC, com permanência por 60min e 120min para cada temperatura, totalizando quatro condições, com resfriamento ao ar. As amostras tratadas termicamente foram caracterizadas com auxílio de microscopia óptica, microscopia eletrônica de varredura (FEG) e difração de raios X (DRX), com objetivo de determinar suas fases e microconstituintes. O efeito das condições de tratamento nas propriedades mecânicas foi verificado por ensaios de dureza Vickers e de impacto instrumentado Charpy. Por meio de ensaios de impacto instrumentado e solicitação mecânica de tração e com o auxílio de microscopia eletrônica por emissão de campo (FEG) foi possível estudar o crescimento de trincas rugosas na fratura do ferro fundido nodular austemperado, comparando os resultados entre as quatro condições de tratamento térmico de austêmpera. Deste modo, foi possível fornecer dados experimentais para comprovar a validade da equação da curva J-R na presença de uma trinca rugosa proposta por ALVES (2010, 2011) com base na geometria fractal e na mecânica da fratura. Os resultados obtidos permitiram comparar e discutir o efeito das rotas de tratamento térmico, no sentido de desenvolver as propriedades mecânicas do ferro fundido nodular para aplicações diversas. As curvas D J ajustadas pelo modelo fractal mostraram-se em boa concordância com aquelas obtidas pelo método descrito na ASTM E1820-17a (2017). O ADI tratado a 300ºC por 60 minutos foi o material que apresentou as melhores condições de resistência mecânica a tração e ao impacto, superando o material bruto de fundição na tenacidade a fratura, calculada pelos parâmetros fractais da curva. Este ferro fundido nodular austemperado é comparado ao da classe de alta resistência de ADI. / The mechanics of the fracture were developed using a geometric Euclidean description that assumes a smooth crack without irregularities. For this reason, the mathematical modeling of a rough crack, using fractal geometry, has been the concern of several authors in the last decades. The aim of these researchers is to describe the fracture phenomenon more authentically and accurately. One of the ways to evaluate the mechanical properties of a fractured material is by using the concept of integral-J. This concept applied to the fracture phenomenon defines a crack growth resistance curve called the J-R curve. Thus, several fractal J-R curve models have been proposed. One of the models that have gained prominence in the scientific literature was proposed by ALVES (2010, 2011). For this reason we investigated the application of this model in the study of nodular cast iron and austempered nodular cast iron (ADI). The objective was to evaluate the effects of thermal treatments of austempering in the microstructure and mechanical properties of a ductile cast iron alloy. Two routes of thermal treatments were used: conventional austenitic, consisting of austenitization at 900ºC for 60min, followed by tempering up to 250ºC and at 300ºC, with permanence for 60min and 120min for each temperature, totaling four conditions, with air cooling. The thermally treated samples were characterized by optical microscopy, scanning electron microscopy (FEG) and X - ray diffraction (XRD), in order to determine their phases and microconstituents. The effect of the treatment conditions on the mechanical properties was verified by tests of Vickers hardness and instrumented impact Charpy. By means of instrumented impact and mechanical tensile stress tests and with the aid of field emission electron microscopy (FEG), it was possible to study the growth of rough cracks in austempered nodular cast iron fracture, comparing the results between the four conditions of heat treatment. Thus, it was possible to provide experimental data to prove the validity of the J-R curve equation in the presence of a rough crack proposed by ALVES (2010, 2011) based on fractal geometry and fracture mechanics. The results obtained allowed to compare and discuss the effect of heat treatment routes in order to develop the mechanical properties of nodular cast iron for different applications. The D J curves fitting by the fractal model show in agreement with the curves obtained by the method described in the ASTM E1820-17a (2017). The ADI treated at 300ºC for 60 minutes was the material that presented the best conditions of tensile and impact mechanical strength, surpassing the crude casting material in the fracture toughness, calculated by the fractal parameters of the curve. This austempered nodular cast iron is compared to that of the ADI high strength class.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:tede2.uepg.br:prefix/2684 |
| Date | 31 August 2018 |
| Creators | Jacumasso, Tiago |
| Contributors | Hupalo, Marcio Ferreira, Carvalho, André Luis Moreira de, Silva, Daniele da, Alves, Lucas Máximo |
| Publisher | Universidade Estadual de Ponta Grossa, Programa de Pós-Graduação em Engenharia e Ciências de Materiais, UEPG, Brasil, Departamento de Engenharia de Materiais |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | English |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/masterThesis |
| Source | reponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UEPG, instname:Universidade Estadual de Ponta Grossa, instacron:UEPG |
| Rights | Attribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazil, http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/, info:eu-repo/semantics/openAccess |
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