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Title: Avaliação experimental do efeito de ciclos térmicos nas propriedades mecânicas convencionais e à fratura de ferros fundidos cinzentos hipoeutéticos ligados
Authors: Orlando, Pedro Humberto Gândara,
Advisor: Donato, Gustavo H. B.
Issue Date: 2012
Abstract: Ferros fundidos cinzentos são amplamente utilizados na indústria metal-mecânica pela interessante combinação de propriedades mecânicas e térmicas proporcionadas. Ao longo de sua vida útil, componentes mecânicos diversos precisam suportar solicitações mecânicas e térmicas (separada ou conjuntamente) sem comprometer sua integridade estrutural (p. ex.: pelo surgimento de trincas). Frente ao comportamento frágil usualmente apresentado por tais materiais em deformação, diversas técnicas de processamento são utilizadas para se atingir as propriedades desejadas de tenacidade, fazendo este material ter grande importância no atual estágio de desenvolvimento da indústria. Entretanto, algumas aplicações práticas submetem os ferros fundidos cinzentos a ciclos de aquecimento (inclusive com austenitização do material) seguidos de resfriamentos bruscos, como ocorre em sistemas de frenagem de grande porte aplicáveis a veículos pesados. Tais ocorrências reduzem expressivamente as propriedades mecânicas desses materiais e favorecem a nucleação e propagação de trincas, podendo incorrer em falhas catastróficas. Neste cenário, o objetivo deste trabalho é investigar a influência de ciclos térmicos simulados em laboratório nas microestruturas e principalmente nas propriedades mecânicas convencionais e à fratura destes materiais. Para tal, são conduzidos ensaios mecânicos de tração, de impacto e de tenacidade à fratura utilizando corpos de prova compactos C(T). A título de estudo e relevância tecnológica, dois ferros fundidos com composições químicas diferentes entre si foram selecionados para melhor suportar os desenvolvimentos e as conclusões. Os resultados apontaram que ciclos térmicos envolvendo austenitização e resfriamentos típicos de algumas aplicações reais na indústria automotiva propiciam a formação de fases frágeis (martensita) incorrendo em severa redução de propriedades mecânicas de resistência e ductilidade. Reduções de até 83% foram obtidas em propriedades de tenacidade à fratura e absorção de energia quando da ocorrência dos tratamentos térmicos, o que chama a atenção para a relevância da consideração destes fenômenos para atividades de projeto e avaliação de integridade estrutural que busquem segurança. Uma discussão crítica sobre a descrição da fratura de ferros fundidos utilizando integral J e práticas laboratoriais alternativas é também conduzida e motiva estudos/ investigações futuros na área.
Grey cast irons are extensively applied on metal and mechanical industries due to their interesting combination between thermal and mechanical properties. During their lifetimes, several mechanical components must support several mechanical and thermal loadings (separately or combined) without compromise for their structural integrity (for example, by cracks formation). To face the brittle mechanical behavior presented by these materials under loading, different techniques are used to achieve the desired properties regarding toughness, making this material very important on current industrial development stage. However, some practical applications submit grey cast irons to thermal cycles (including material austenitizing) followed by severe cooling, as occurs in braking systems used by commercial vehicles. As consequences of these severe thermal cycles, expressive mechanical properties reductions which promotes crack nucleation and propagation and could result in catastrophic failures. Based on this scenario, the aim of this work is to investigate the influence of simulated thermal cycles in laboratory conditions on microstructures and mainly on conventional mechanical and fracture properties. For this, several samples were submitted to tensile, Charpy impact and fracture toughness with compact specimen C(T) tests. Based on technological application and to better support the conclusions, two cast irons with different chemical compositions were selected for the study. The results showed that thermal cycles, involving austenitizing and typical severe cooling rates in some real applications on automotive industry, leaded to brittle phases (martensite) incurring in severe reduction in mechanical properties (including strength and ductility). After thermal cycle, reductions up to 83% were obtained on fracture toughness and absorbed energy which calls the attention for the relevance of considering these phenomena on design activities and structural integrity evaluation that looks for safety. A critical discussion about fracture description on grey cast irons using J-integral and alternative laboratory practices is also conducted and motivates future investigations.
Keywords: Ferro fundido
Metais-Propriedades mecânicas
Publisher: Centro Universitário da FEI, São Bernardo do Campo
URI: https://repositorio.fei.edu.br/handle/FEI/552
Appears in Collections:Teses e Dissertações

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