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Dissertação de Mestrado
DOI
10.11606/D.18.2014.tde-14012015-144142
Documento
Autor
Nome completo
Guilherme de Paula
Unidade da USP
Área do Conhecimento
Data de Defesa
Imprenta
São Carlos, 2014
Orientador
Banca examinadora
Bose Filho, Waldek Wladimir (Presidente)
Afonso, Conrado Ramos Moreira
Guimarães, Valdir Alves
Título em português
Comportamento em fratura do aço VART 100
Palavras-chave em português
Fadiga
Fratura
Microestrutura
Propriedades mecânicas
Resumo em português
Ao longo dos anos o crescente interesse pelo aumento das propriedades mecânicas de resistência dos aços, bem como busca por uma tenacidade à fratura aumentada, tem levado o desenvolvimento de novos aços de ultra-alta resistência. Essa classe de aços se demonstra bastante adequada a uma série de aplicações em componentes de alta responsabilidade, como os da indústria aeronáutica. O aço VART 100 é um desenvolvimento da Villares Metals S.A. e é um aço diferenciado, por seu maior teor de níquel, cromo e molibdênio e pela introdução de cobalto em sua composição química que se apresenta como um aço nacional para substituição com vantagens do aço SAE 300M. No mercado internacional existe um aço que tem sido utilizado para este tipo de aplicação com grande sucesso que é o aço AerMet 100. Vários ciclos de tratamentos térmicos podem ser utilizados no VART 100 levando a uma elevada resistência mecânica que pode ter sérias implicações na sua tenacidade à fratura e resistência a fadiga. Este trabalho faz parte de um estudo maior do aço VART100, onde as propriedades mecânicas de tenacidade ao impacto, tenacidade à fratura, vida em fadiga e resistência a propagação de trinca por fadiga estão sendo estudados. Especificamente neste trabalho foram realizadas analises microestruturais, ensaios de dureza Rockwell, ensaios de tração, propagação de trinca por fadiga, curvas da/dN x ΔK e de tenacidade à fratura,KIC, além da avaliação dos micromecanismos de fratura. Os resultados da análise microestrutural mostrou que os grãos da austenita anterior possuem um tamanho médio de 11,6 μm e uma distribuição homogênea de finos precipitados na matriz de martensita envelhecida. Os parâmetros de resistência mecânica obtidos no ensaio de tração do aço VART 100 se apresentaram muito similares aos dos aços SAE 300M e AerMet 100, entretanto os parâmetros de ductilidade apresentaram valores superiores em relação tanto ao 300M quanto em relação ao Aermet 100. Do ensaio de tenacidade à fratura, observa-se que em relação ao aço SAE 300M, o aço VART 100 apresenta uma superior tenacidade à fratura, entretanto com relação ao AerMet 100, ainda que os parâmetros de resistência são similares, o AerMet 100 apresenta uma destacada superioridade na tenacidade à fratura (cerca de 57% superior). Dos parâmetros obtidos nos ensaios de propagação de trinca por fadiga, observamos que os valores de ΔK0 da Região I são semelhantes independente das direções ensaiadas R-C e LR, mas há uma pequena redução nesse valor quando a razão de carga aumentou de 0,1 para 0,5. A região de Paris foi insensível a variação da razão de carga. Assim, os parâmetros C e m obtidos na Região II, fornece valores bastante similares, que comparados através da utilização da equação de Forman modificada, nos permite notar um desempenho levemente superior do Aermet 100 comparado ao VART 100.
Título em inglês
Behavior in fracture of VART 100 steel
Palavras-chave em inglês
Fatigue
Fracture
Mechanical properties
Microstructure
Resumo em inglês
Over the years a growing interest in increasing the mechanical strength of steels, as well as, the search for an increased fracture toughness, has led to the development of new ultra-high resistance steels. This class of steels demonstrated to be well suited to a variety of applications in components of high responsibility, such as the ones for the aerospace industry. The VART 100 steel is a Villares Metals S.A. development and is a distinctive steel, for its higher content of nickel, chromium and molybdenum and the introduction of cobalt and Ti in its chemical composition that presents as a national option for replacement, with advantages, for the SAE 300M steel . In the international market there is a steel that has been used for this type of application with great success, it is named AerMet 100. Different heat treatment cycles can be used in VART 100 leading to high mechanical resistance that may cause serious implications on their fracture toughness and fatigue resistance. This work is part of a larger study with the VART100 steel, where the mechanical properties, such as impact resistance, fracture toughness, fatigue life, and fatigue crack propagation resistance are being studied. Specifically in this work the microstructural analysis, Rockwell hardness testing, tensile, fatigue crack propagation curves da / dN x ΔK and fracture toughness, KIC, were carried out. The microstructural results showed that the prior austenite grains have an average size of 11.6 μm and a homogeneous distribution of fine precipitates in a aged martensite matrix. The mechanical strength obtained in the tensile test of the VART 100 steel are very similar to both the SAE 300M steels and AerMet 100, however the ductility parameters showed higher values than the ones for 300M and Aermet 100 steels. From the fracture toughness test, it was observed that the VART 100 exhibits superior fracture toughness than the SAE 300M, but in relation to the AerMet 100 steel, although the strength parameters are similar, the AerMet 100 presented an outstanding superior fracture toughness (about 57% higher). From the fatigue crack propagation tests, we observed that the values of K0 (Region I) are similar regardless of the tested R-C and L-R directions, but there is a small reduction in value when the load ratio increased from 0.1 to 0.5 . The Paris region was insensitive to variation of the load ratio. Thus, the C and m parameters, obtained in Region II, provided very similar values, if compared by using the modified Forman equation, allows us to observe a slightly higher performance of AerMet 100 when compared to VART 100.
 
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Data de Publicação
2015-02-11
 
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