Construção de uma máquina para preparação de pré-trinca
por fadiga em corpo-de-prova Charpy
Carlos Eduardo Leitão, Nirlando Antônio Rocha e Jefferson José Vilela
Centro de Desenvolvimento da Tecnologia Nuclear - CDTN
INTRODUÇÃO
desde o cálculo da carga aplicada até o
detalhamento dos aspectos mecânicos
do equipamento e sua construção.
Um
dos
maiores
problemas
no
acompanhamento da integridade de
componentes
mecânicos
é
a
possibilidade de ocorrência de uma
fratura frágil e repentina, mesmo
quando o componente está submetido a
condições normais de operação [1].
Este processo pode ser agravado na
presença de concentradores de tensão,
tais como uma trinca, que modificam o
carregamento na estrutura e podem
levá-la à falha.
OBJETIVO
Desenvolver e aperfeiçoar uma máquina
de preparação de pré-trincas em
corpos-de-prova
Charpy
para
a
determinação
dos
parâmetros
da
mecânica da fratura sob condições
dinâmicas.
METODOLOGIA
A máquina de pré-trinca foi projetada
sobre uma estrutura de uma afiadora,
cuja matriz de ferro fundido apresenta
boa rigidez, robustez e absorção da
vibração em temperatura ambiente.
Além disso, a estrutura apresenta uma
mesa móvel com precisão de décimos
de milímetros cuja função é o
posicionamento do corpo-de-prova.
O princípio de funcionamento da
máquina consiste no movimento de um
eixo, acionado por um motor elétrico,
cuja extremidade é ligada a um
excêntrico que, como num mecanismo
came-seguidor, transmite movimento a
um punção. Este impôs a carga ao
corpo-de-prova
entalhado,
apoiado
sobre dois roletes. Dessa maneira, os
movimentos
alternados
produziram
esforços concentrados, gerando uma
trinca por fadiga [3]. O cálculo da carga
de pré-trinca por fadiga foi feito
conforme a norma ASTM E23 [4] para
corpos-de-prova com flexão sobre três
pontos, de modo a não exceder um
máximo fator de intensidade de tensão
baseado no limite de escoamento do
material e em sua geometria.
Ensaios de tenacidade à fratura com
carregamento rápido são realizados
para a determinação do comportamento
de um material sob condições dinâmicas
na presença de uma pré-trinca. Esta é
obtida geralmente por fadiga e essencial
para a determinação de parâmetros da
Mecânica da Fratura e deve apresentar
o mínimo de deformação plástica em
sua ponta.
Atualmente o Laboratório de Ensaios
Mecânicos do CDTN utiliza uma máquina
servo-hidráulica Instron 8802 para a
confecção de pré-trincas em corpos-deprova Charpy. Porém, este equipamento
possui uma grande demanda e um
elevado custo de operação. Além disto,
a sensibilidade não é adequada para
cargas baixas, ocasionando perda de
corpos-de-prova, o que inviabiliza a
utilização do equipamento.
Portanto, é importante a construção de
uma máquina de baixo custo e de fácil
montagem, operação e manutenção.
Este projeto é uma continuação do
trabalho de Moura et al [2], abrange
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seu funcionamento quando atingido um
tamanho de trinca pré-determinado.
CONCLUSÕES
A máquina funcionou adequadamente e
está apta a produzir pré-trincas que
atendam aos requisitos da norma ASTM
E23. O equipamento, produzido a baixo
custo, torna-se uma opção viável para
laboratórios
com
poucos
recursos
efetuarem pesquisas na área da
Mecânica da Fratura.
Figura 1. Desenho esquemático da
máquina
Definido o carregamento, o excêntrico
do eixo em aço AISI 8640 foi
determinado considerando-se para o CP
o deslocamento de uma viga retangular
simplesmente apoiada [5]. Uma vez que
a carga e o momento de inércia variam
com o tamanho da trinca, o valor do
excêntrico deve se adequar a toda faixa
de propagação. O valor do excêntrico
obtido pelos cálculos foi de 35 µm,
medida de difícil usinagem. Após
levantamento bibliográfico [3], optou-se
por um valor de 200 µm, mais comum
em equipamentos utilizados para este
fim e que possibilitaria sua fabricação e
compensaria as folgas do sistema.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
[6] Guimarães, V.A.; Hein, L.R.O.;
Zangrandi FilhO, J., Materials Research,
V. 4, n. 3, 205-209, 2001.
[7] Moura, M.C.; Rocha, N.A.; Vilela,
J.J., International Nuclear Atlantic
Conference, 2007; Santos, SP.
[8] Cañizales, J.P.; Toro, A.J.; Jaramillo,
H. E.; Sánchez, N.A., 18th International
Congress Of Mechanical Engineering,
Ouro Preto, MG.
[9] ASTM E 23-05, Standard test
methods for notched bar impact testing
of
metalic
materials.
West
Conshohocken, USA.
[10] RIBBELER, R.C.; Resistência dos
Materiais; Pearson Prentice Hall; 2006
RESULTADOS
Uma trinca uniforme em ambos os lados
foi aberta com pouca deformação
plástica em sua ponta, o que foi
visualizado através de ensaio nãodestrutivo de líquido penetrante.
APOIO FINANCEIRO AO PROJETO
FAPEMIG – Fundação de Amparo à
Pesquisa do Estado de Minas Gerais.
Figura 2 – Corpo-de-prova pré-trincado
A próxima etapa será desenvolver uma
célula de carga para controlar mais
efetiva- mente a preparação da prétrinca. O passo seguinte será a
automatização da máquina por meio de
um clip gauge de modo que ela cesse
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