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Dissertação de Mestrado
DOI
https://doi.org/10.11606/D.97.2022.tde-28042022-163737
Documento
Autor
Nome completo
Caue Pettermann Carvalho
E-mail
Unidade da USP
Área do Conhecimento
Data de Defesa
Imprenta
Lorena, 2022
Orientador
Banca examinadora
Baptista, Carlos Antonio Reis Pereira (Presidente)
Carvalho, Andre Luis Moreira de
Lima, Milton Sergio Fernandes de
Torres, Marcelo Augusto Santos
Título em português
Investigação do Aquecimento a Laser como um Método para Redução da Taxa de Crescimento de Trincas por Fadiga na Liga de Alumínio 2198-T851
Palavras-chave em português
Aquecimento a laser
Ligas de alumínio-lítio
Propagação de trinca por fadiga
Razão de carga variável
Tensões residuais
Resumo em português
Redução de custos é um dos principais objetivos da indústria aeronáutica, seja com materiais mais leves, seja com técnicas que prolonguem a vida de seus componentes. Nessa esfera, como material, a terceira geração do sistema Al-Li vem recebendo bastante destaque, em especial a liga 2198, uma das mais modernas associadas a este sistema. Ademais, o aquecimento a laser, uma técnica que visa introduzir tensões residuais compressivas por meio de um aquecimento localizado sem a presença de fusão, seguido de resfriamento rápido, tem apresentado resultados promissores para o retardo da propagação de trinca por fadiga. No entanto, tal técnica ainda apresenta escassez na literatura, principalmente quando aplicada neste sistema de ligas. Deste modo, o estudo em questão visa avaliar a influência de diversos parâmetros de aquecimento a laser nas propriedades em fadiga da liga de alumínio 2198-T851, examinando o efeito de diferentes razões de carga R. Para tal, o aquecimento a laser foi realizado em uma chapa de 2 mm no material revestido com uma camada de grafite, com feixe de laser desfocado com 2 mm de diâmetro e variando a potência e velocidade. Foram definidas duas condições com maior potencial de aplicação, por meio de análises microestruturais e de microdureza, sendo ambas de 200 W de potência e velocidades de 10 mm/s (L10) e 1 mm/s (L01). Posteriormente, foram realizados ensaios de propagação de trinca por fadiga com três razões de carregamento, 0,1, 0,5 e 0,05, com corpos de prova do tipo C(T), aplicando-se duas linhas de laser para cada uma das condições, de modo a comparar os tratamentos L10 e L01 com o metal base (MB). A condição L10 apresentou retardo da propagação de trinca, sendo o ganho de vida associado a este diferente para cada valor de R, 25%, 9% e 14%, respectivamente. No entanto, o tratamento L01 foi o mais eficiente, promovendo um aumento de vida de 36% para R = 0,5 e 130% para R = 0,05, ainda, com R = 0,1, houve a parada da trinca. Análises de fractografia dos ensaios com R = 0,1 apontaram um caminho tortuoso de propagação, com similar espaçamento entre as estrias de fadiga para as diferentes condições após a segunda linha de aquecimento.
Título em inglês
Investigation of Laser Heating as a Method to Reduce Fatigue Crack Growth Rates in 2198-T851 Aluminum Alloy
Palavras-chave em inglês
Aluminum-lithium alloys
Fatigue crack growth
Laser heating
Residual stress
Variable R-ratio
Resumo em inglês
Costs reduction is one of aeronautical industrys main goals, either by applying lighter materials, or techniques that promote longer lives of its components. For that matter, third generation of Al-Li system is receiving a lot of interest as a material, particularly the 2198 alloy, one of the most modern alloys of this system. Likewise, the laser heating, a technique that introduces compressive residual tensions due to a located heating with absence of a fusion zone, followed by a fast cooling, exhibits promising results in fatigue crack growth retardation. Nonetheless, literature concerning this technique is scarce, especially when taking into account this alloy system. Therefore, this study aims to evaluate the influence of several laser-heating parameters in fatigue properties of 2198-T851 aluminum alloy, examining the effect of different R-ratio. To this end, laser-heating was performed on a 2 mm plate on a material coated with a layer of graphite spray, with a laser beam defocused with 2 mm in diameter and varying in power and transversal speed. Due to microstructural and microhardness analysis, there were defined two conditions with greater potential, both with 200 W of power, while presenting transversal speed of 10 mm/s (L10) and 1 mm/s (L01). Fatigue crack growth tests were carried out using three different load ratio, 0.1, 0.5 and 0.05 on C(T) specimens, applying two laser lines for each condition, in order to compare L10 and L01 treatments with the base material. L10 condition showed a delay in crack growth, resulting in a different life gain for each R-ratio, 25%, 9% and 14%, respectively. Although, the L01 treatment was the most efficient, presenting a life gain of 36% for R = 0.5 and 130% for R = 0.05, furthermore, for R = 0.1, there was the crack arrest phenomenon. Fractography analysis of the R = 0.1 tests pointed out a deflection in the crack path, with similar striation spacing for the different conditions after the second heating line was reached.
 
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EMD21009_C.pdf (7.48 Mbytes)
Data de Publicação
2022-04-28
 
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