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Master's Dissertation
DOI
10.11606/D.88.2011.tde-25042011-090409
Document
Author
Full name
Otávio Contart Gamboni
E-mail
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
São Carlos, 2011
Supervisor
Committee
Ruchert, Cassius Olivio Figueiredo Terra (President)
Milan, Marcelo Tadeu
Oliveira, Marcelo Falcão de
Title in Portuguese
Estudo do efeito do ambiente no comportamento em fadiga de novas ligas 'AL' de grau aeronáutico
Keywords in Portuguese
Corrosão
Ligas de 'AL'
Nucleação de trincas por fadiga
Abstract in Portuguese
Ligas de alumínio que contém lítio são conhecidas por serem materiais atraentes devido à sua baixa densidade, alta elasticidade, alta resistencia mecânica e boa resistência à corrosão. A degradação do material devido à fadiga e corrosão são os dois principais fatores que contribuem para o envelhecimento de uma aeronave, e a previsão de corrosão e fadiga sob corrosão são muito importantes para sua integridade estrutural. A ocorrencia de pites de corrosão pode reduzir significativamente a iniciação da trinca de fadiga e diminuir a variação da intensidade de tensão limite destas ligas em até 50%. Com o objetivo de analisar novas ligas Al que estão no mercado, este trabalho compara o comportamento mecânico, de fadiga de baixo ciclo e eletroquímico das ligas de aluminio 2525 T3 e 7050 T7451 utilizadas pela EMBRAER, com o das ligas T851 2198 e 7081 T73511. Assim, ensaios de nucleação de trinca por fadiga foram realizados ao ar e em espécimes pré-condicionadas por 15 dias em névoa salina 5%, para a obtenção de curvas S-N. Curvas de polarização potenciodinâmicas foram obtidas para a investigação eletroquímica do comportamento destas ligas em um ambiente corrosivo. Também foram feitos ensaios de resistência à tração e dureza. Os resultados obtidos da série 2XXX mostram que as ligas são menos susceptíveis à corrosão por pites por apresentarem valores de Epite mais positivos que as ligas da série 7XXX. Porém, seus valores de jcorr também são mais positivos, o que aumenta a velocidade de corrosão das ligas, uma vez iniciado o processo. Tal fato se deve à presença de precipitados e elementos de liga que agem de modo a elevar o potencial para valores mais altos. Análises metalográficas por microscopia ótica e de varredura foram realizadas para se determinar os precipitados presentes em cada uma das ligas estudadas. O comportamento em fadiga das ligas pré-condicionadas em ambiente salino foi inferior em relação ao comportamento das ligas mantidas ao ar. Os pites funcionaram como concentradores de tensão, aumentando a ocorrência de nucleação de trincas de fadiga. A resistência à fadiga ao ar das ligas estudadas foi ligeiramente inferior ao das ligas bases. Entretanto, as quatro curvas obtidas para os espécimes pré-condicionados apresentaram-se superpostas. Isso indica que a ação dos pites rege o mecanismo de nucleação das trincas, enquanto que em ar, adiciona-se a ação do acabamento superficial.
Title in English
Study of the effect of environment of the fatigue behavior of new 'AL' alloys of aircraft grade
Keywords in English
'AL'-alloys
Corrosion
Fatigue crack nucleation
Abstract in English
Lithium-containing aluminum alloys are known to be attractive materials because of their low densities, high elastic modulus, high strengths and good corrosion resistance. Material degradation due to fatigue and corrosion are two major factors that contribute to the aging of an aircraft, and the prediction of corrosion and corrosionfatigue are very important for the structural integrity of aircrafts. The presence of corrosion pits can significantly shorten the fatigue crack initiation life and decrease the threshold stress intensity of an alloy by as much as 50%. The purpose of this work was to compare mechanical, fatigue and electrochemical behavior of the new 'AL' alloys, 2198 T851 and 7081 T73511 that are on the market, with those used by EMBRAER, named 2525 T3 and 7050 T7451. The comparisons also considered fatigue resistance in pre-corrosion confining in salt environment. Therefore, air and 15-day-confined 5% salt environment specimens were submitted to crack nucleation tests to obtain S-N curves. Potentiodynamic polarization curves were also plotted to study the electrochemical behavior of this alloys in a corrosion environment. Tensile and hardness tests were performed. The obtained results for the 2XXX series showed that these alloys are less susceptible to pitting corrosion due to more positives Epite compared to 7XXX series. However, their jcorr values are also more positive, increasing the corrosion speed once it has begun. This happens due to the presence of some precipitates and a few elements that react in a way to increase the potential to higher values. Optical and electronic microscopy analyses were performed to determine the nature of precipitates of each alloy. The fatigue behavior of the salty-pre-confined environment specimens was much inferior compared to air test specimens according to each corrosion environment. Pits work as tension concentration, increasing fatigue crack nucleation. Air fatigue resistance of the new alloys was slightly inferior than the base alloys, but when the tests under pre-confined environment were conducted, the four curves overlapped. This implies that the pit action governs crack nucleation mechanism, while in air, surface finishing is an additional factor.
 
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Publishing Date
2011-08-03
 
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