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Title: Efeito do tratamento superficial com laser na microestrutura e na propagação de trincas por fadiga em uma liga de alumínio do tipo AA6013-T4.
Authors: Gonçalves, Camila Magalhães
metadata.dc.contributor.advisor: Godefroid, Leonardo Barbosa
Lima, Milton Sérgio Fernandes de
Keywords: Ligas de alumínio
Tratamento superficial com laser
Propagação de trincas por fadiga
Tensões residuais
Issue Date: 2019
metadata.dc.contributor.referee: Godefroid, Leonardo Barbosa
Siqueira, Rafael Humberto Mota de
Barros, Alexandre Martins
Lima, Milton Sérgio Fernandes de
Porcaro, Rodrigo Rangel
Citation: GONÇALVES, Camila Magalhães. Efeito do tratamento superficial com laser na microestrutura e na propagação de trincas por fadiga em uma liga de alumínio do tipo AA6013-T4. 2019. 91 f. Tese (Doutorado em Engenharia de Materiais) – Escola de Minas, Universidade Federal de Ouro Preto, Ouro Preto, 2019.
Abstract: Um dos maiores desafios da indústria aeronáutica é desenvolver métodos para aumentar a vida útil de seus componentes. A filosofia de tolerância de danos deve ser considerada ao se projetar toda estrutura da aeronave. Assim análises da taxa de propagação de trincas por fadiga (PTF) devem ser realizadas durante o projeto dos componentes aeronáuticos, pois a maior parte dos desastres que ocorrem neste segmento é causada por falhas por fadiga. Uma técnica promissora para aumentar a vida útil do material que compõe a parte estrutural da aeronave, ou seja, melhorar seu comportamento em fadiga, é o tratamento superficial localizado com laser que produz um campo de tensão residual compressiva na ponta da trinca, retardando o seu crescimento. Neste trabalho foi avaliada a influência deste tratamento na microestrutura e na taxa de PTF na região II da curva sigmoidal da/dN x ΔK de uma liga de alumínio aeronáutico do tipo AA6013-T4. O estudo buscou escolher os parâmetros mais adequados como aporte térmico e posições de traçar as linhas de laser, a serem utilizados na prática sem prejudicar as propriedades mecânicas da liga, baseado em trabalhos prévios que estão abordados ao longo do texto e também em análises realizadas durante o doutorado. Assim, após a escolha das variáveis de operação, o tratamento foi realizado utilizando um laser de Yb:fibra em chapas de 1,3mm de espessura e aplicando trilhas de duas formas diferentes: somente em uma superfície lateral e em ambas superfícies laterais de corpos de prova do tipo C(T). Utilizou-se potência de 200W e velocidade de aplicação de 2mm/s e 20mm/s. Além disso, o feixe foi desfocado para se obter um diâmetro de 2mm, com objetivo de evitar a fusão da peça. No metal de base foram encontrados zonas de Guinier-Preston, dispersóides e constituintes grosseiros. Estes mesmos componentes e também precipitados do tipo β’ e Q’ foram encontrados no material tratado. Essas variações microestruturais devido ao ciclo térmico, juntamente com a presença de tensão residual compressiva próxima à região aquecida melhoraram o comportamento em fadiga da liga em estudo. O retardamento da taxa PTF foi maior nos corpos de prova tratados com maior aporte térmico e duas trilhas aplicadas nas duas superfícies laterais.
metadata.dc.description.abstracten: One of the biggest challenge on aerospace industry is to develop methods to increase the long life of its components. The damage tolerance philosophy should be considered when designing any aircraft structure. Thus fatigue crack growth (FCG) analyzes must be performed during the design of the aeronautical components because the most of the disasters that occur in this segment are caused by fatigue failures. A promising technique to increase the material life, i.e. improving its fatigue resistance, is the localized laser surface treatment that produces a compressive residual stress field at the crack tip, slowing its growth. This work analyzed the influence of laser surface treatment on microstructure and fatigue crack growth (FCG) rate on region II of the sigmoidal da/dN x ΔK curve of an aerospace grade AA6013-T4 aluminum alloy sheet with 1.3mm thickness. Previous studies had been taken into account before choosing the operational parameters. Aiming to improve the FCG resistance without damaging the mechanical properties of the alloy, a defocused Yb:fiber laser beam generated a laser spot diameter of 2mm, using 200W power and a laser speed of 2mm/s and 20mm/s. Two laser lines over C(T) fatigue specimens were applied in two different forms: on only one and on both lateral specimen surfaces. Guinier-Preston zones, dispersoids and coarse constituent particles were found on the base material. The same precipitates and also β and Q` precipitates were found on the heat treated material. These microstructural variations due to the laser thermal cycle, together with the presence of induced compressive residual stresses, improved the fatigue behavior of the material. The FCG retardation was greater when two laser lines were applied on both lateral surfaces of the specimen.
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/123456789/11596
metadata.dc.rights.license: Autorização concedida ao Repositório Institucional da UFOP pelo(a) autor(a) em 26/06/2019 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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