Efeito de tensões residuais compressivas na fadiga de contato por rolamento de um ferro fundido nodular com matriz de dureza elevada

• Autor(a) principal: Grabarski, Marina Izabelle
• Data de Publicação: 2019
• Tipo de documento: Dissertação
• Idioma: por
• Título da fonte: Repositório Institucional da UTFPR (da Universidade Tecnológica Federal do Paraná (RIUT))
• Texto Completo: http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/4679
• topic: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA::PROCESSOS DE FABRICACAO; Tensões residuais; Metais - Fadiga; Ferro fundido; Ferro - Tratamento térmico; Raios X - Difração; Resistência de materiais; Metais - Fratura; Mecânica da fratura; Residual stresses; Metals - Fatigue; Cast-iron; Iron - Heat treatment; X-rays - Diffraction; Strength of materials; Metals - Fracture; Fracture mechanics; Engenharia Mecânica

Neste trabalho foi analisado o efeito das tensões residuais compressivas, obtidas por shot peening, na resistência à fadiga de contato de rolamento de um ferro fundido nodular temperado. Esse material apresenta desempenho mecânico similar ao de alguns aços, com vantagens, como menor peso e custo. Porém, quando submetido à esforços de contato cíclicos, como na fadiga de contato de rolamento, apresenta menor vida que os aços. Formas de melhorar o desempenho desse material são importantes quando se deseja tornar viável seu uso para fabricação de peças sujeitas a esse tipo de falha. Diversos trabalhos relatam um aumento na vida em fadiga de contato de rolamento para alguns materiais, devido a presença de tensões residuais compressivas na superfície do componente. Entretanto, não existe uniformidade dos resultados relacionados ao uso de tensões residuais para esse fim. Para atender o objetivo proposto, utilizou-se a técnica de shot peening para criar um perfil de tensões residuais compressivas em amostras de ferro fundido nodular temperado. Este material foi obtido por meio de fundição contínua, com contagem de grafitas de 210 nod/mm², sendo posteriormente temperado e revenido, de modo que uma dureza de 607 ± 14 HV50 fosse alcançada. O valor dessas tensões foi medido através da técnica de difração de raios X, com remoção química de camadas. As amostras polidas foram submetidas a ensaios de fadiga do tipo esfera contra plano, em rolamento puro, e sua vida característica foi calculada utilizando a distribuição de probabilidade de Weibull de dois parâmetros. A carga de ensaio gerou uma pressão de contato de 2,2 GPa e foi escolhida considerando não apenas as propriedades do material, mas também o perfil de tensão residual gerado pelo shot peening. O que permitiu que o ponto de máxima tensão cisalhante estivesse localizado dentro do campo de tensões residuais compressivas. Para avaliar o efeito da presença das tensões residuais, um grupo de amostras temperadas e revenidas e sem shot peening também foi submetido ao ensaio. Observou-se que a presença de tensões residuais compressivas levou a uma queda de aproximadamente 47% na vida média das amostras. Através da análise fractográfica percebeu-se que as falhas iniciavam aproximadamente na região onde localizava-se a máxima tensão cisalhante, resultante do contato, para ambos os grupos analisados. O campo de tensões residuais não alterou o mecanismo de falha. Entretanto, a compressão causada pelo shot peening pode ter alterado as tensões principais resultantes do contato, o que pode ter causado a aceleração da nucleação e propagação das trincas.