Investigação dos métodos de determinação da temperatura de transição dúctil-frágil (TTDF) utilizando ensaio de impacto charpy
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Tipo de produção
Dissertação
Data
2013
Autores
Gouveia, Kátia Cristina
Orientador
Magnabosco, R.
Periódico
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Citação
GOUVEIA, Kátia Cristina. Investigação dos métodos de determinação da temperatura de transição dúctil-frágil (TTDF) utilizando ensaio de impacto charpy. 2013. 160 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Mecânica) - Centro Universitário da FEI, São Bernardo do Campo, 2013
Texto completo (DOI)
Palavras-chave
Tenacidade,Temperatura de transição dúctil-frágil - TTDF,Ensaio de impacto
Resumo
Os aços estruturais são materiais amplamente utilizados na construção e na indústria. A ocorrência de fraturas frágeis catastróficas nos navios da classe Liberty durante a 2ª Guerra Mundial, no entanto, trouxe à tona a necessidade de determinar uma temperatura limite, abaixo da qual o comportamento à fratura do material se altera de dúctil a frágil, de maneira a prever e evitar tais ocorrências. A essa temperatura se deu o nome de Temperatura de Transição Dúctil-Frágil (TTDF) dos materiais. Naquela época, no entanto, pouco sobre o assunto havia sido documentado e, dentre os ensaios disponíveis, o ensaio de impacto Charpy foi então considerado o ensaio que mais se adequava às necessidades para o estudo deste assunto, e permanece até hoje com ampla utilização para este fim. Diante deste contexto, o objetivo deste trabalho é realizar a determinação da TTDF utilizando várias metodologias, e realizar um estudo comparativo entre os resultados obtidos. Foi estudado o aço ASTM A-36 (2012) com três graus de deformação. Corpos de prova tipo A foram utilizados para realização de ensaio de impacto a diversas temperaturas, conforme norma ASTM E23 (2012). As diferentes definições para a TTDF dos aços estruturais foram apresentadas e utilizadas. O valor da TTDF considerando a condição de fragilidade nula do material é o maior dentre eles, sendo portanto o mais conservador. Quando se avaliam os dados de TTDF obtidos pela medição da expansão lateral dos corpos de prova, vê-se que com estes resultados não é possível avaliar alterações no comportamento do material devido ao efeito da pré-deformação. Já o comportamento de transição do material quando considerado o valor da TTDF na qual o material apresenta 50% de fratura dúctil e 50% de fratura frágil é muito similar nas 3 condições de pré-deformação adotadas, considerando ambas as metodologias de avaliação visual das faces de fratura dos corpos de prova ensaiados ao impacto, embora os valores sejam divergentes dos valores obtidos pelos métodos analíticos. Pela avaliação das faces de fratura dos corpos de prova por microscopia eletrônica de varredura, foi possível visualizar que nas regiões onde, por avaliação visual, considerou-se que havia fratura por clivagem, também haviam regiões com alvéolos resultantes de deformação plástica do material, típicos de fratura dúctil. Sendo assim, a determinação da TTDF pelo método da porcentagem de fratura dúctil ou por clivagem fica comprometida. Por fim, verificou-se que a metodologia mais indicada para determinação da TTDF é aquela obtida considerando que a TTDF é a temperatura na qual a energia absorvida é a média da energia absorvida nos patamares superior e inferior em função da temperatura, por tratar-se de um método simples, de fácil reprodutibilidade e aquela que melhor refletiu a tendência de comportamento do material quando se aplicam pré-deformações de até 8,6% no material.
Structural steels are widely used in all areas of construction and industry. The occurrence of catastrophic brittle fracture on Liberty Ships during II World War, however, brought the need of establishing a limiting temperature below which the material behavior will change, and occurrence of catastrophic brittle fracture could be anticipated and avoided. This temperature was named Ductile-to Brittle Transition Temperature (DBTT). At that time, however, little information about this subject had been documented, and Charpy impact test was considered the most adequate procedure considering all available, and is still the most used test for this purpose. However, it would be necessary to define adequate criteria to define DBTT. The purpose of this work is to determine DBTT by using several methodologies, and make a comparative study between them. It was used an ASTM A-36 steel, with various prestrain levels. Type A samples were made from a steel plate of 12.7mm in thickness to be tested by Charpy impact test according to ASTM E23-2012 standard, at different temperatures. Different definitions for DBTT are presented, discussed and used. The DBTT value considering the null brittle behavior is the largest value among all, being the most conservative value. When DBTT values were obtained from lateral expansion data, it was not possible to notice any relation with prestrain condition. On the other hand, material transition behavior when DBTT value is defined as the temperature for which a material presents 50% of brittle fracture and 50% of ductile fracture is very similar between two conditions of deformation, for both quantitative and qualitative methods of evaluation, although these values are different from analytical results. Using scanning electron microscopy, it is possible to visualize that in the portions where, from visual analysis, it is considered that a brittle fracture occurs, there are also dimples characteristics of plastic deformation, which means that a ductile fracture also occurs. It means that DBTT establishment by visual methods is not quite precise. As a conclusion, it is established that the most indicate methodology for DBTT determination is the one that determines as DBTT the temperature at which absorbed energy is the average between superior and inferior absorbed energy, since it is a simple methodology, easy to be done and to be reproduced, and the one that expresses material behavior tendency in the best way, for materials deformed until 8.6% before impact test.
Structural steels are widely used in all areas of construction and industry. The occurrence of catastrophic brittle fracture on Liberty Ships during II World War, however, brought the need of establishing a limiting temperature below which the material behavior will change, and occurrence of catastrophic brittle fracture could be anticipated and avoided. This temperature was named Ductile-to Brittle Transition Temperature (DBTT). At that time, however, little information about this subject had been documented, and Charpy impact test was considered the most adequate procedure considering all available, and is still the most used test for this purpose. However, it would be necessary to define adequate criteria to define DBTT. The purpose of this work is to determine DBTT by using several methodologies, and make a comparative study between them. It was used an ASTM A-36 steel, with various prestrain levels. Type A samples were made from a steel plate of 12.7mm in thickness to be tested by Charpy impact test according to ASTM E23-2012 standard, at different temperatures. Different definitions for DBTT are presented, discussed and used. The DBTT value considering the null brittle behavior is the largest value among all, being the most conservative value. When DBTT values were obtained from lateral expansion data, it was not possible to notice any relation with prestrain condition. On the other hand, material transition behavior when DBTT value is defined as the temperature for which a material presents 50% of brittle fracture and 50% of ductile fracture is very similar between two conditions of deformation, for both quantitative and qualitative methods of evaluation, although these values are different from analytical results. Using scanning electron microscopy, it is possible to visualize that in the portions where, from visual analysis, it is considered that a brittle fracture occurs, there are also dimples characteristics of plastic deformation, which means that a ductile fracture also occurs. It means that DBTT establishment by visual methods is not quite precise. As a conclusion, it is established that the most indicate methodology for DBTT determination is the one that determines as DBTT the temperature at which absorbed energy is the average between superior and inferior absorbed energy, since it is a simple methodology, easy to be done and to be reproduced, and the one that expresses material behavior tendency in the best way, for materials deformed until 8.6% before impact test.