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Title: Efeito da razão R entre tensões e de sobrecargas na resistência ao crescimento de trinca por fadiga de dois aços perlíticos de aplicação em trilhos ferroviários.
Authors: Vilela, Tamara Caroline Guimarães
metadata.dc.contributor.advisor: Godefroid, Leonardo Barbosa
Keywords: Aços para trilhos
Composição química
Crescimento trinca por fadiga
Razão R.
Sobrecargas
Issue Date: 2019
metadata.dc.contributor.referee: Godefroid, Leonardo Barbosa
Modenesi, Paulo José
Cândido, Luiz Cláudio
Citation: VIELA, Tamara Caroline Guimarães. Efeito da razão R entre tensões e de sobrecargas na resistência ao crescimento de trinca por fadiga de dois aços perlíticos de aplicação em trilhos ferroviários. 2019. 60 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia de Materiais) – Escola de Minas, Universidade Federal de Ouro Preto, Ouro Preto, 2018.
Abstract: Este trabalho estudou os efeitos de algumas variáveis relacionadas à história de carregamento na resistência ao crescimento de trinca por fadiga de dois aços perlíticos utilizados em ferrovias brasileiras; um aço comum e um aço microligado ao V. O comportamento dos aços foi avaliado utilizando-se a metodologia da Mecânica de Fratura, por meio de ensaios de crescimento de trinca por fadiga (da/dN x ΔK). Os ensaios de fadiga foram realizados com a razão R = 0,1 e 0,7 aplicando dois modelos empíricos recentes, propostos por Al-Rubaie et al. (2008) e Jones et al. (2012) para previsão das curvas sigmoidais. Sobrecargas de tração foram aplicadas na ciclagem original sendo: uma sobrecarga em função do tamanho de trinca, dois valores distintos de sobrecarga para um tamanho de trinca fixo, e blocos compostos por diferentes números de ciclos de sobrecarga para um tamanho de trinca fixo. As superfícies de fratura das amostras ensaiadas foram analisadas por microscopia eletrônica de varredura para verificar o mecanismo de fratura nas três regiões de crescimento de trinca por fadiga. As superfícies de fratura também foram analisadas por microscopia de força atômica para confirmar a presença do mecanismo de fechamento de trinca induzido por rugosidade. Ambos os aços apresentaram sensibilidade à razão R entre tensões de carregamento em fadiga. Os dois modelos empíricos foram satisfatórios no tratamento dos dados experimentais, embora o modelo de Jones et al. seja mais simples de ser manipulado. Os aços estudados também apresentaram sensibilidade às sobrecargas de fadiga, o que pode representar um efeito positivo relacionado ao retardamento do crescimento de trinca com aumento de sobrecargas, mas também um efeito negativo, pois aumentando o tamanho de trinca onde a sobrecarga é aplicada e aumentando o número de ciclos de um bloco de sobrecargas, a intensidade do efeito de retardamento diminui ou desaparece. Esses resultados de fadiga são importantes para prever o comportamento real dos aços usados no setor ferroviário e para realizar um controle adequado de manutenção, evitando uma falha prematura e um consequente acidente catastrófico. Além disso, este estudo mostrou um melhor comportamento do aço comum, indicando que uma combinação adequada de uma composição química simples e um processamento termomecânico apropriado pode fornecer um aço que atenda as especificações padronizadas para aplicação em trilhos ferroviários sem a necessidade de adições de elementos microligantes que podem tornar o produto final mais caro.
metadata.dc.description.abstracten: This work studied the effect of some variables related to the load history effects on the fatigue crack growth resistance of two pearlitic steels used in Brazilian railroads; a common C-Mn-Si steel and a V-microalloyed steel. Their behavior was evaluated using the Fracture Mechanics methodology by fatigue crack propagation tests (da/dN x ΔK). The fatigue tests were performed with R-ratio 0.1 and 0.7 applying two recent empirical models proposed by Al-Rubaie et al. (2008) and Jones et al. (2012) to predict the sigmoidal curves. Tensile overloads were applied in the original cycling being: one overload in function of crack size, two distinct overload values for a fixed crack size, and overload blocks with different number of cycles for a fixed crack size. The fracture surfaces of specimens tested were analyzed by scanning electron microscopy to verify the fracture mechanism in the three regions of fatigue crack growth. The fracture surfaces of specimens tested at R = 0.1 were also analyzed by atomic force microscopy to confirm the presence of roughness-induced crack closure mechanism. Both steels presented a dependence to fatigue R-ratio. The two empirical models were satisfactory aiming to fit the experimental data, although the equation of Jones et al. is simpler to be manipulated. The studied steels also had a dependence to fatigue overloads that can represent a positive effect related to crack growth retardation with increasing fatigue overloads, but also a negative effect, because increasing the crack size for which the overload is applied and increasing the number of cycles applied during the block overload, the intensity of retardation effect decreases and even disappears. These fatigue results are important to predict the actual behavior of steels used in the railway sector and to perform a proper maintenance control, avoiding a premature failure and a consequent catastrophic accident. Furthermore, this study showed a better behavior of the common steel, indicating that an appropriate range of simple chemical composition and an adequate thermomechanical processing can provide a steel in accordance to standardized specifications for railroad application without the need of microalloying element additions that could make the final product more expensive.
Description: Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Materiais. Departamento de Engenharia Metalúrgica, Escola de Minas, Universidade Federal de Ouro Preto.
URI: http://www.repositorio.ufop.br/handle/123456789/11316
metadata.dc.rights.license: Autorização concedida ao Repositório Institucional da UFOP pelo(a) autor(a) em 14/05/2019 com as seguintes condições: disponível sob Licença Creative Commons 4.0 que permite copiar, distribuir e transmitir o trabalho desde que sejam citados o autor e o licenciante. Não permite o uso para fins comerciais nem a adaptação.
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