Estudo do comportamento em fadiga do aço ASTM A297 Gr HP modificado com nióbio em altas temperaturas

• Autor(a) principal: Castro, Danilo Borges Villarino de
• Data de Publicação: 2012
• Tipo de documento: Tese
• Idioma: por
• Título da fonte: Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da USP
• Texto Completo: http://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/88/88131/tde-20122012-092456/
• topic: Aço ASTM A-297; Aging; Alta temperatura; ASTM A-297 steel; Creep; Envelhecimento; Fadiga; Fatigue; Fluência; High temperature; Nióbio; Niobium

Este trabalho teve por objetivo estudar o comportamento mecânico em elevadas temperaturas do aço ASTM A-297 Gr HP modificado ao nióbio. Este tipo de aço é utilizado em suportes de tubos que permanecem longos períodos de tempo expostos em temperaturas de operação próximas a 900ºC. Nesta pesquisa, foram estudadas a microestrutura, a resistência mecânica, a tenacidade ao impacto e a resistência à fadiga, considerando o efeito da temperatura de ensaio. Para a avaliação do efeito da temperatura e tempo de permanência na microestrutura e, consequentemente, nas propriedades mecânicas, foram realizados ensaios de dureza, tração e impacto para cada uma das condições apresentadas. Todas as condições do material envelhecido apresentaram a presença de precipitados nos contornos interdendríticos e precipitados secundários no seio da matriz austenítica, fazendo com que o material elevasse seus parâmetros de resistência mecânica, quando comparado com a condição de como-recebido (CR). Após esta etapa, foi estudado o comportamento mecânico em temperaturas elevadas, apenas para as condições CR e T1000 (envelhecido a 927°C durante 1000 horas). Ensaios mecânicos de tração, impacto e fadiga (E-N e da/dN-\'delta\'K) foram realizados nas seguintes temperaturas: 25ºC, 871ºC, 899ºC, 927ºC, 954ºC e 982ºC. Para a avaliação dos ensaios de impacto, utilizaram-se corpos de prova Charpy do tipo convencional (presença do entalhe) e pré-trincados (entalhe mais pré-trinca). Em todas as temperaturas de ensaio de tração, observou-se que a condição T1000 resultou em aumento do valor dos parâmetros de resistência mecânica e diminuição da sua ductilidade, em relação à condição CR. Em ensaios nas temperaturas elevadas, observou-se que a precipitação de carbetos secundários na matriz austenítica da condição T1000 é capaz de evitar uma queda acentuada dos parâmetros de resistência mecânica, quando comparada com a condição CR. As duas condições (CR e T1000) mostraram-se sensíveis à presença de um concentrador de tensão (entalhe mais pré-trinca), quando submetidas a ensaios de impacto. Os resultados de tração e impacto corroboram as evidências fractográficas encontradas para cada condição, indicando que há uma maior parcela de fratura dúctil nas amostras ensaidas em temperaturas elevadas do que na temperatura ambiente. Em relação ao comportamento em fadiga do material, observou-se que a vida em fadiga do material ensaiado em 25ºC foi muito maior do que a 927ºC, principalmente na região de fadiga de alto ciclo. Este fato pode ser atribuído a dois fatores dependentes do tempo: nucleação prematura decorrente de uma significativa redução do limite de escoamento e devido ao efeito da oxidação superficial das bandas de deslizamento permanentes. Os ensaios de propagação de trinca por fadiga mostraram que a taxa da/dN foi maior na temperatura de 927ºC do que em 25ºC, devido ao fato da maior ductilidade que o material apresenta em elevadas temperaturas, associado aos efeitos de oxidação e de fluência. Alguns resultados de fadiga de baixo ciclo foram confrontados com modelos teóricos de plasticidade. As curvas teóricas foram capazes de simular relativamente bem os resultados experimentais.