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Master's Dissertation
DOI
10.11606/D.18.2014.tde-15092014-134401
Document
Author
Full name
Marcionilo Neri da Silva Júnior
E-mail
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
São Carlos, 2014
Supervisor
Committee
Bose Filho, Waldek Wladimir (President)
Afonso, Conrado Ramos Moreira
Sordi, Vitor Luiz
Title in Portuguese
Tenacidade ao impacto e vida em fadiga do aço VART 100
Keywords in Portuguese
AerMet100
Fadiga rotativa
Tenacidade
Ultra-alta resistência
Abstract in Portuguese
Aplicações de aço de ultra-alta resistência, como aqueles aplicados em aeronaves, exigem materiais com uma combinação excepcional de propriedades mecânicas, dentre as quais, elevada resistência mecânica, tenacidade e resistência à fadiga. O VART 100 é um novo desenvolvimento da Indústria Villares Metals e apresenta-se como uma nova alternativa de aços de ultra-alta resistência atualmente no mercado internacional, sendo sua composição química diferenciada, devido a um maior teor de níquel, cromo, molibdênio, adição de cobalto e baixo teor de carbono. O presente trabalho tem como objetivo estudar a tenacidade ao impacto e a vida em fadiga (S-N) do aço VART 100 e compará-lo com valores obtidos na literatura para os aços de ultra-alta resistência tais como os aços SAE 300M e AerMet100. Para o atendimento deste objetivo, foram executadas análises metalográficas, ensaio de impacto conforme norma ASTM E23, ensaios de fadiga rotativa em controle de tensão para obtenção das curvas tensão versus vida, S-N, conforme especificado pela norma DIN 50113, análise das superfícies fraturas e microestruturas, observados em microscópios óticos, eletrônico de varredura e transmissão.Quanto a composição química do VART 100 observa-se que com excessão do 'AL' este atendeu a especificação da norma SAE AMS6532 acarretando a formação de inclusões não metálicas de alumina. Com relação aos ensaios de impacto, a energia absorvida superou os resultados do aço 300M, mas ficou muito inferior ao Aermet100. Observou-se a presença de fratura intergranular em alguns CPS o que nos leva a suspeitar da presença de cementita nos contornos de grão. Quanto ao médio do limite de resistência a fadiga dos três aços, encontramos valores de 800, 850 e 936 MPa para o 300M, VART 100 e AerMet100, respectivamente. Analisando as superfícies fraturadas após ensaio de fadiga, identificamos e localizamos partículas de alumina na superfície, sub-superficie e internamente no material, com diâmetro variando entre 12,2 e 15,6 μm, que atuaram como núcleos para a formação de trincas por fadiga e possivelmente reduzindo a tenacidade ao impacto do VART 100. De forma geral o VART 100 apresenta boas propriedades mecânicas de resistência, de tenacidade e de limite de resistência a fadiga, os quais são superiores aos valores do 300M mas ainda inferior ao AerMet100.
Title in English
Impact toughness and fatigue life of VART 100 steel
Keywords in English
Aermet100
Rotative fatigue
Toughness
Ultra high strength
Abstract in English
Ultra high strength steel applications, such as those in aircrafts, require materials with an exceptional combination of mechanical properties, including high strength, toughness and fatigue resistance. The VART 100 is a new development of Villares Metals Industry and presents itself as a new alternative of steel with ultra-high strength currently on the international market, with its distinctive chemical composition, due to a higher content of nickel, chromium, molybdenum, adding cobalt and low carbon. The present work aims to study the impact toughness and life in fatigue (S-N) steel VART 100 and compare it with values from the literature for ultra high-strength steels such as steel and SAE 300M AerMet100. To meet this objective, metallographic analysis, impact test according to ASTM E23, rotative fatigue testing in tension control to obtain the stress versus life curves, S-N were performed as specified by DIN 50113, analysis of fracture surfaces and microstructures observed in optical microscopes, scanning electron and transmission.The results indicate that the VART steel exhibits excellent mechanical properties its upper than 300M steel, but some of those lower than AerMet100. The chemical composition of VART100 is observed that with the exception of 'AL' is accord to specification SAE AMS6532 leading to formation of non-metallic inclusions of alumina. Regarding the impact tests, the absorbed energy is upper than results of the 300M steel, but was much lower than Aermet100. We observed the presence of intergranular fracture in some CPS which leads us to suspect the presence of cementite at grain boundaries. As for the average fatigue endurance limit of the three steels, the values found were 800, 850 and 936 MPa for the 300M, and VART 100 AerMet100 respectively. Analyzing the fractured surfaces after fatigue test, we identified and located alumina particles on the surface, sub-surface and inside the material, with diameters ranging between 12.2 and 15.6 µm, which acted as nuclei for the formation of cracks by fatigue and possibly reducing the impact toughness of the VART 100. Generally the VART 100 has good mechanical properties of strength, toughness and fatigue endurance limit, which values are greater than 300M but still lower than AerMet100.
 
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Publishing Date
2014-09-17
 
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