PROPRIEDADES MECÂNICAS À FADIGA (ε-N) DE AÇO SAE 1008 UTILIZANDO
ESPÉCIMES DE FLEXÃO ALTERNADA NORMALIZADOS E PROPOSTOS.
Rodrygo Figueiredo Moço1, Gustavo Henrique Bolognesi Donato2
1,2
Centro Universitário da FEI
[email protected] / [email protected]
Fenômenos de fadiga são responsáveis pela maioria das
falhas em componentes submetidos a carregamentos
cíclicos [1], o que exige que ensaios experimentais
sejam realizados para que as propriedades de fadiga de
um material sejam conhecidas e consideradas para
projeto. Usualmente, tais ensaios são uniaxiais
realizados em equipamentos servohidráulicos com
elevados custos de aquisição, operação e manutenção
[1]. Uma alternativa de baixo custo é realizar o ensaio
em máquinas de flexão alternada acionadas por sistema
biela-manivela. Este ensaio é padronizado pela norma
ASTM B593 [2], no entanto, a geometria recomendada
(vide detalhe da Fig. 1a) tem geometria central
trapezoidal e concentra as deformações no raio próximo
ao engastamento. Para minimizar tal ocorrência, uma
geometria alternativa de raio contínuo (de 85,6 mm Fig. 1b) é proposta objetivando maior controle da
posição e do nível das deformações impostas. Neste
cenário o objetivo do trabalho é avaliar o efeito da
geometria nas propriedades ε-N de um aço SAE 1008.
2. Metodologia
Para cada geometria considerada, 18 amostras válidas
foram usinadas, lixadas, polidas e submetidas a
carregamentos flexional cíclico sob controle de
deformação utilizando uma máquina rotativa bielamanivela (vide ilustração da Fig. 1c). A separação final
foi considerada como critério de falha. Os resultados
foram tratados segundo a metodologia ε-N e ajustados
ao modelo de Coffin-Manson [3].
3. Resultados
As Figs. 1(a-c) apresentam as curvas ɛa-2Nf incluindo
resultados totais e as parcelas elástica e plástica para o
aço SAE 1008 respectivamente considerando
geometrias normalizada, proposta e uma comparação
entre ambas (alguns marcadores foram retirados da
última para melhor entendimento). A Tabela 1 apresenta
os parâmetros do modelo de Coffin-Manson obtidos
pelo ajuste de curvas dos resultados experimentais. Fica
evidente a proximidade de propriedades obtidas, com
maior conservadorismo para a geometria proposta.
b
0,00571
σf’(MPa)
222,85
c
0,525
ɛ f’
1,550
Proposta
0,00664
232,46
0,531
1,246
0.01
Log - amplitude de deformação (ɛa)
1. Introdução e Objetivos
Geometria
Normalizada
ɛa x 2Nf
N-Total
N-Elástica
N-Plástica
0.001
εa-el = 0.0015(2Nf)-0.029
R² = 0.6703
εvon_Mises
0.0001
10000
100000
(a)
εa-pl = 1.7789(2Nf)-0.536
R² = 0.9842
1000000
10000000
100000000
Log - número de ciclos (2Nf)
0.01
Log - amplitude de deformação (ɛa)
resistência à fadiga (por meio de curvas ε-N) de um aço
SAE 1008 utilizando ensaios cíclicos de flexão
alternada. Um objetivo complementar é comparar o uso
de espécimes normalizados pela ASTM B593 com
espécimes de geometria alternativa proposta pelos
autores. Os resultados demonstram que a nova
geometria conduz a propriedades próximas às da
geometria normalizada, com ligeiramente superior
conservadorismo e menor espalhamento experimental.
Tabela 1 – Propriedades médias de fadiga do SAE 1008.
ɛa x 2Nf
P-Total
P-Elástica
P-Plástica
0.001
εa-el = 0.0016(2Nf)-0.031
R² = 0.6992
εvon_Mises
0.0001
10000
100000
(b)
εa-pl = 1.221(2Nf)-0.53
R² = 0.988
1000000
10000000
100000000
Log - número de ciclos (2Nf)
0.01
Log - amplitude de deformação (ɛa)
Resumo: Este trabalho tem a finalidade de estudar a
N-Total
N-Elástica
N-Plástica
P-Total
P-Elástica
P-Plástica
ɛa x 2Nf
0.001
(c)
0.0001
10000
100000
1000000
10000000
100000000
Log - número de ciclos (2Nf)
Figura 1 – Curvas ε-N para geometrias (a) normalizada, (b)
proposta e (c) comparação dos resultados.
4. Conclusões
Ambas as geometrias viabilizaram os experimentos.
As propriedades à fadiga obtidas foram próximas,
sendo a nova geometria sutilmente mais conservadora.
Adicionalmente, a nova geometria forneceu menor
espalhamento do número de ciclos à falha, sendo que
mais ensaios são recomendados para fins de validação.
5. Referências
[1] Dowling, N. E., 1999, “Mechanical Behavior of
Materials”, Ed. 2, Prentice Hall, New Jersey, EUA.
[2] ASTM B593, 2004, “Standard Test Method for Bending
Fatigue Testing for Copper-Alloys”, EUA.
[3] ASTM E468, 2004, “Std. Pract. for Presentation of Fatigue
Test Res. for Metallic Mat.”, Pennsylvania.
Agradecimentos
À FEI e ao CNPq pela bolsa PIBIC e recursos. Ao orientador
Prof. Dr. Gustavo H. B. Donato.
1
Aluno de IC com bolsa CNPq (PIBIC).