Tenacidade à fratura de materiais compósitos de fricção como requisito de projeto de componentes de frenagem para indústria automobilística

• Autor(a) principal: Casaril, Alexandre
• Data de Publicação: 2013
• Tipo de documento: Tese
• Idioma: por
• Título da fonte: Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UFRGS
• Texto Completo: http://hdl.handle.net/10183/86468
• topic: Mecânica da fratura; Compósitos; Freios

Este trabalho apresenta a aplicação dos conceitos da mecânica da fratura para materiais de fricção, especificamente sobre a tenacidade à fratura de materiais compósitos de fricção e sua utilização como requisito de projeto de componentes para a indústria automobilística. O conceito de tenacidade à fratura foi abordado como propriedade de desempenho e requisito de aplicação no projeto de novos materiais de fricção com objetivo de mitigar a ocorrência de falhas em serviço por quebra do componente. Foi proposto um método de medição para a tenacidade à fratura dos materiais de fricção, baseado na norma pertinente, ASTM D5045-99. O método foi validado através da caracterização de cinco materiais de fricção, atualmente utilizados na montagem de sistemas de freio destinados a veículos pesados de transporte de carga e passageiros, para os mercados brasileiro, da América Latina e dos Estados Unidos, e pelo confronto dos resultados obtidos, com expectativas de resultados baseados na literatura existente. Foram realizados os testes de medição da tenacidade à fratura em função da temperatura. As análises fractográficas mostraram um padrão de superfície de fratura típica para materiais compósitos de matriz frágil, carregada com componentes granulados, particulados e fibrosos, onde o padrão de propagação da fratura se assemelhou à fratura intergranular dos metais. Verificou-se, através dos resultados quantitativos, que a tenacidade à fratura dos materiais de fricção apresenta um decaimento exponencial em função da temperatura, diferente dos materiais metálicos, por exemplo, que apresentam aumento da tenacidade à fratura quando testados em temperaturas mais elevadas. Esse comportamento diferenciado dos materiais de fricção está diretamente associado à estrutura fundamental dos termorrígidos, e a rede de ligações químicas entre cadeias. Foi escolhida uma abordagem probabilística para análise dos resultados, com foco no conceito de projeto robusto. O modelo de Weibull foi utilizado na análise de probabilidade de falha a partir da determinação do valor de KIC de cada um dos materiais caracterizados, correspondente ao critério de probabilidade de falha admitida em projeto. Adicionalmente, foi possível estabelecer um equacionamento do comportamento da tenacidade à fratura dos materiais de fricção em função da temperatura, o qual pode ser utilizado como ferramenta de pesquisa e desenvolvimento de materiais de fricção. A tenacidade à fratura dos materiais de fricção em função da temperatura foi correlacionada, através da análise de elementos finitos, com os esforços em serviço do componente de fricção no sistema de freio, possibilitando a estimativa do tamanho de trinca máximo admissível para o componente de fricção submetido a tais esforços. Além disso, foi realizada a correlação da propriedade de tenacidade à fratura dos materiais de fricção com suas respectivas resistências à compressão. Verificou-se que para todos os cinco materiais, a relação entre KIC e resistência à compressão obedece a uma função linear crescente. Esta correlação entre tenacidade à fratura e resistência à compressão tem grande utilidade para indústria, visto que o ensaio de resistência à compressão é de fácil implementação e poderia ser utilizado como controle de qualidade indireto para tenacidade à fratura.