O processo de fabricação de Polietileno de Baixa Densidade requer a circulação de gás etileno a vazões da ordem de 40.000 Kg/hora e pressões de aproximadamente 2.200 bar. A compressão do gás ocorre dentro de cilindros forjados em AISI 4340 do hipercompressor. O gás etileno é comprimido nos cilindros através de êmbolos monolíticos sinterizados em carboneto de tungstênio, com elemento ligante cobalto. Os materiais utilizados na fabricação das peças podem ter as composições químicas 91,5% WC, 8,5% Co ou 89%WC, 11%Co. Um dos principais riscos na operação da planta de Polietileno de Baixa Densidade é a quebra de êmbolos de carboneto de tungstênio (3 polegadas de diâmetro x 1.100 mm de comprimento) durante a etapa de compressão. O trabalho proposto visa estudar o mecanismo em que ocorre a quebra dos êmbolos, apontando medidas que minimizem a probabilidade de ocorrência de falha. São obtidos neste trabalho dados de vida a fadiga dos dois materiais utilizados, através de carregamentos a flexão 3 pontos, até 10´POT.6´ ciclos. Os ensaios revelaram forte deterioração da resistência dos dois materiais estudados quando submetidos a esforços cíclicos. A principal diminuição de resistência ocorreu na liga com maior teor de cobalto. Análise ao microscópio de varredura das superfícies de fratura dos corpos de prova em fadiga revelou a origem de trincas em defeitos de sinterização do material, como lagos de cobalto e poros. Considerou-se neste trabalho que o principal carregamento cíclico ao qual os êmbolos estão submetidos é devido às diferenças de temperatura entre a superfície e o núcleo da peça. Cálculo das tensões térmicas revelou que as tensões atuantes são substancialmente menores que a resistência a fadiga a 10´POT.6´ ciclos dos dois materiais estudados. No entanto, levando-se em conta a presença de defeitos de sinterização maiores que os observados em nossos corpos de prova, tais tensões podem ser suficientes para ) provocar falha da peça por fadiga.

Manufacturing of Low Density Polyethylene requires ethylene gas flow at capacities near 40.000 Kg / hour and pressures ranging 2.200 bar. Ethylene is compressed inside hyper compressor cylinders made of high strength steel AISI 4340. Compression inside cylinders is provided by tungsten carbide sintered plungers, featuring two options of chemical compositions (weight) 91,5%WC + 8,5%Co, or 89%WC + 11%Co. One of major LDPE Plant operation risks is the failure of tungsten carbide plungers. Component measures approximately 80mm diameter and 1.100mm length. Breakage results high volume ethylene leakage which can lead to explosion if ignited. Target of present work is to identify plunger failure mechanism and recommend actions to minimize failure probability. Fatigue life's of two materials used in plunger manufacturing are obtained by applying flexural loading on specimens, up to 10 ´POT.6´ cycles. Testing revealed strong strength deterioration of both materials under cyclic loading. Main loss of strength occurred on the highest content of cobalt. Scanning electron microscopy featured fatigue crack origin on material sintering defects, such as cobalt lakes and pores, under specimen surface. It is considered that main loading on plungers under normal operation is due to temperature differences between surface and core. Thermal stresses survey showed that thermal stresses are significantly lower than fatigue strength at 10 ´POT.6´ cycles for both materials. Nevertheless, taking into account sintering defects that could occur in large parts, not present in our test specimens, thermal stresses could be enough to lead to fatigue failure.