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UNIVERSIDADE ESTADUAL PAULISTA
CAMPUS DE GUARATINGUETÁ
FACULDADE DE ENGENHARIA
TRABALHO DE GRADUAÇÃO
Projeto
Curso de Engenharia Mecânica ( ) Integral (X) Noturno
Aluno:
xxxxxxx
n°
Orientador: Marcelo Augusto Santos Torres
Início do Trabalho: março de 2010
1. Tema: Mecânica da Fratura Elasto- Plástica
2. Objetivo
O trabalho proposto
O objetivo deste trabalho é o estudo do comparativo da resistência à fratura, após
processo de solda a topo por resistência, do aço SAE1010AA (atualmente usado par
confecção de aros de rodas) e do aço ARBL S275JR (CST) nas mesmas condições.
3. Descrição e justificativa do trabalho
A constante busca pela melhoria da qualidade e o aumento da competitividade
advindo da globalização fazem com que as empresas proponham inovações que
possam contribuir para o sucesso de seus produtos e serviços. Na indústria de
autopeças não é diferente: as inovações são importantes e auxiliam na redução de
custo, aumento da qualidade e ampliação do número de clientes.
A matéria-prima é responsável por grande parte do custo de um produto. No caso
deste trabalho, o produto em questão são rodas sem câmara feitas em aço para
caminhões e ônibus. Rodas sem câmara são constituídas por dois componentes: o
disco e o aro (Figura 01). O aço utilizado atualmente na produção do aro destas rodas
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é o SAE1010AA. Contudo, a indústria tem buscado alternativas para este aço na
confecção dos aros. A motivação para esta substituição é a necessidade imposta pelo
mercado para a redução de peso da roda. Dentro das possibilidades existentes no
mercado nacional, visando possível fornecimento para a produção em escala industrial
de rodas, aparecem os aços ARBL. Com a utilização de um aço ARBL para a
manufatura do aro, espera-se atingir uma redução de cerca de 10% no peso do aro, o
que para uma roda 22,5x8,25 (caminhão) pode representar cerca de 3 kg de aço por
peça produzida.
Figura 01. Componentes de uma roda sem câmara para caminhões e ônibus
O aço ARBL escolhido para este trabalho foi o S275JR (CST), selecionado com
base na norma NBR-8267 que trata dos aços indicados para produção de rodas para
caminhões e ônibus e também pelo conhecimento do processo de manufatura e das
especificações do produto (roda) adquiridos pelo grupo de pesquisa em que este
trabalho está inserido. Para a produção de aros de aço para rodas é empregado o
processo de soldagem por resistência devido à sua alta produtividade e baixo custo de
operação. No entanto, como todo o processo de soldagem, sua qualidade é
influenciada por variáveis que dependem de fatores dimensionais, de forma,
metalurgicos e físico-químicos. Sendo assim, é necessário conhecer os possíveis
efeitos destas varáveis no aço utilizado. A maioria das falhas em soldas é causada
pela iniciação e posterior propagação de trincas a partir de defeitos induzidos pelo
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processo. Portanto, a capacidade de resistência à propagação de trincas do aço
S275JR (CST) deve ser analisada e comparada com o aço o SAE1010AA atualmente
utilizado. Para materiais média resistência mecânica e boa tenacidade à fratura, como
é o caso do material estudado aqui, o processo de fratura é controlado primariamente
pela intensa deformação adjacente à ponta da trinca e que a separação das
superfícies da trinca, na ponta da mesma, ou abertura na ponta da trinca, é uma
medida desta deformação. A propagação da trinca inicia-se, assim, em um valor crítico
dessa abertura na ponta da trinca. Em inglês: “ Crack Tip Opening Displacement” –
CTOD. A medida da abertura da trinca é representada por δ. Deve-se calcular então
um valor de abertura crítico da trinca δc a partir do qual o material provocará a ruptura
da estrutura. Em laboratório, a maneira mais comum de se medir CTOD é através do
ensaio do corpo-de-prova com fissura na extremidade sujeito a carga aplicada em 3
pontos (figura 02).
Figura 02: Corpo-de-prova para CTOD com apoio em três pontos
(ANDERSON, 2005)
A equação abaixo mostra a relação entre CTOD e V (abertura da boca da trinca), a
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qual é determinada empregando-se um medidor de deslocamento (clip gauge) durante o
ensaio.
δ
=
r (W − a)
V
r (W − a) + a
r = fator de rotação adimensional, que varia de 0 a 1.
V = abertura da boca do trinca.
Portanto, ensaios de CTOD deverão ser feitos tanto para o aço atualmente usado
na fabricação dos aros das rodas (SAE1010AA) como para o aço deste trabalho
(S275JR) Os corpos de prova para os ensaios de CTOD serão confeccionados da
região que envolve o metal de solda, ZTA (Zona Termicamente Afetada) e metal base
(figura 03).
Figura 03. Representação da seção transversal da solda.
Os resultados obtidos neste trabalho deverão juntar-se a outros ensaios feitos no
nosso grupo de pesquisa visando determinar a viabilidade de substituição do aço
(SAE1010AA) na fabricação do aro das rodas.
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4. Metodologia
Os ensaios deverão seguir os procedimentos revistos na norma ASTM E 1290 – 08
5. Exeqüibilidade
Os materiais soldados cedidos pela fabricante de rodas IOCHPE-MAXION rodas e
chassis para a confecção dos corpos de prova já se encontram disponíveis. Os ensaios
de CTOD poderão ser feitos no DMT/FEG que possui máquina servo-hidráulica
apropriada para tal.
6. Cronograma de Execução
Etapa 1: Estudo Bibliográfico
Etapa 2:Confecção dos corpos de prova para os ensaios de CTOD.
Etapa 3: Ensaios de CTOD
Etapa 4: Análise e discussão dos resultados
Etapa 5: Elaboração da Monografia
Demonstração cronológica das etapas ( 2010 )
Etapa
1
2
3
4
5
Mar.
X
X
Abr.
X
X
X
Mai.
X
X
X
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Jun.
X
Jul.
X
Ago.
X
Set.
Out.
Nov.
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
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7. Bibliografia
DONATO, G.H.B. CRAVEIRO, S. RUGGIERI, C. Avaliação experimental dos
parâmetros de tenacidade CTOD e integral J em espécimes de flexão SE(B)
utilizando o método ETA. Tecnologia em Metalurgia e Materiais, vol. 3 n. 2, p 29-33, São
Paulo, 2006.
STROHAECKER, T.R. Mecânica da Fratura. Universidade Federal do Rio Grande do
Sul, Escola de Engenharia, Laboratório de Metalurgia Física. 99p.
BROEK, David. Elementary engineering fracture mechanics. 4.ed. Dordrecht: Martinus
Nijhoff Publishers, 1987.
ANDERSON, T. L. Fracture mechanics: fundamentals and applications. 3.ed. Boca
Raton: Taylor & Francis, 2005.
CÂNDIDO, Luiz Cláudio; GODEFROID, Leonardo Barbosa, SILVA, José Geraldo Araújo
Silva. Comportamento em fadiga de um aço estrutural patinável soldado. Revista Escola
de Minas. V.55, n.2, 2002
Prof. _Dr Marcelo Augusto Santos Torres
(Orientador)
__________________
(Aluno)
Aprovação no Conselho de Curso
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