y = 1200,8x0,1655
R2 = 0,9946
510
520
530
540
550
560
570
580
0,0040 0,0060 0,0080 0,0100 0,0120
deformação real (mm/mm)
ten
são
rea
l (M
Pa)
...
0,0010
0,0100
0,1000
100 1000 10000
Número de ciclos até a fratura.
Defo
rmação
(mm
/mm
)..
PlásticaElásticatotalcalculada segundoPotência (Plástica)
Previsão da vida em fadiga de aços inoxidáveis dúplex SAF 2205 e SAF 2507.
AUTOR: GUSTAVO HENRIQUE BOLOGNESI DONATOe-mail: [email protected]
Orientador:Prof. Dr. Rodrigo Magnaboscoe-mail: [email protected]
Conclusões:microestrutura bastante homogênea composta somente por ferrita e
austenita, com forte bandeamento no sentido da laminação; resultados de tração revelam materiais de elevada resistência
mecânica, aliada a grande dutilidade e grande tenacidade. A liga SAF 2507 mostrou-se com maior resistência mecânica, porém menor dutilidade, resultado da maior presença de elementos de liga em relação ao SAF 2205;
o comportamento da liga SAF 2205 sob fadiga é estável e apresenta comportamento misto com posterior endurecimento cíclico, porém nota-se não ser possível aproximar os valores dos coeficientes de resistência e ductilidade a fadiga através da extrapolação de dados monotônicos.
Agradecimentos: Ao Centro Universitário da FEI pelo patrocínio do projeto e concessão de bolsas de iniciação científica ao aluno Gustavo Henrique Bolognesi Donato. Aos meus pais, avós, minha namorada e minha irmã que me dão o respaldo para sempre seguir em frente. Ao Prof. Dr. Rodrigo Magnabosco pela orientação e apoio em todo o decorrer do projeto. Aos técnicos do LabMat por todo o apoio que me vem sendo dado.
www.fei.edu.br
Departamento de engenharia mecânica.
Próximas etapas: realização de mais três ensaios de fadiga em cada ponto aferido para a
liga SAF 2205; realização dos ensaios de fadiga de baixo ciclo para a liga SAF 2507; elaboração do relatório final e fechamento do projeto de pesquisa.
Objetivos
O objetivo deste trabalho é a previsão da vida em fadiga de aços inoxidáveis dúplex SAF 2205 e SAF 2507. O estudo principal é a tomada de dados em ensaios de fadiga de baixo ciclo, verificando-se a influência das variáveis de ensaio e da microestrutura no comportamento mecânico. Com isso, visa-se elaborar curvas tensão-deformação cíclicas e determinar os coeficientes de resistência e ductilidade a fadiga, os expoentes de Basquim (b), de Coffin (c), além dos coeficientes e expoentes de encruamento monotônicos e cíclicos da equação de Ramberg-Osgood. Adicionalmente, visa-se realizar a caracterização microestrutural e mecânica das ligas em estudo.
Caracterização microestrutural:
Amostras de secções transversais e longitudinais sofreram preparação metalográfica, composta de lixamento (granulações #220, #320 e #500) e polimento (pasta de diamante de 6 m, 3 m, e 1 m) conduzidos em politriz automática Struers Abramin (figura 1). Na seqüência as amostras sofreram análise da fração volumétrica de ferrita em ferritoscópio Fischer (figura 2) e análise da fração volumétrica das fases ferrita e austenita após ataque de Behara modificado em microscópio LEICA DMLM (figura 3).
Figura 1: Politriz automática Struers Abramin.
Material Cr Ni Mo N C Mn Si P S bal.
SAF2205 22,21 5,40 3,15 0,178 0,015 0,76 0,45 0,020 0,005 Fe
SAF 2507 24,95 6,91 3,79 0,263 0,015 0,43 0,26 0,017 0,001 Fe
Figura 3: Microscópio LEICA DMLM e analisador de imagens
LEICA Q500/W.
Figura 2: Ferritoscópio Fischer.
Figura 4: Corpos de prova para ensaios mecânicos.
Figura 6: Lupa estereoscópica acoplada à MTS.
Figura 5: Máquina universal de ensaios MTS capacidade 250KN.
Caracterização mecânica:
Corpos-de-prova (figura 4) para ensaios mecânicos de tração e fadiga foram usinados segundo norma ASTM E-606-92 em torno CNC e sofreram posterior lixamento (granulações #220, #320, #500 e #1200) seguido de polimento (pasta de diamante 6 m, 3 m, e 1 m). A aferição da rugosidade superficial foi realizada em rugosímetro Mitutoyo padrão e apresentou médias de 0,030μm, inclusive bastante abaixo das condições especificadas em norma. Os ensaios de tração e de fadiga foram realizados na máquina universal de ensaios MTS com capacidade de 250KN (figuras 5 e 6). Os ensaios de fadiga de baixo ciclo são controlados por deformação e são realizados com deformação média zero, sofrendo variações nas amplitudes de deformação para a caracterização de ambos os materiais quando em solicitações cíclicas.
Materiais e métodosMaterial em estudo: Aços inoxidáveis SAF 2205 e SAF 2507.Composição química média (%massa):
Resultados e discussão:Caracterização mecânico-estrutural:
Micrografia 1: Amostra transversal SAF 2205 solubilizado. Nota-se ferrita (escura-49%) e austenita (clara-51%).
Ataque:Behara modificado.
Micrografia 2: Amostra longitudinal SAF 2205 solubilizado. Nota-se ferrita (escura-47%) e austenita (clara-53%).
Ataque:Behara modificado.
Micrografia 3: Amostra longitudinal SAF 2507 solubilizado. Nota-se ferrita
(escura-47,8%) e austenita (clara-52,2%). Ataque:Behara modificado.
Micrografia 4: Amostra transversal SAF 2507 solubilizado. Nota-se ferrita (escura-50%) e austenita (clara-50%).
Ataque:Behara modificado.
Gráfico 1: tração de engenharia SAF 2205.
Gráfico 2: tração de engenharia SAF 2507.
Comportamento monotônico quanto a Ramberg-Osgood:
y = 748x0,056
R2 = 0,9777
350
400
450
500
550
600
650
0 0,005 0,01 0,015 0,02 0,025 0,03
Deformação real plástica
Ten
são
rea
l(M
pa)
..
y = 904x0,067
R2 = 0,9781
450
500
550
600
650
700
750
0 0,005 0,01 0,015 0,02 0,025 0,03
Deformação plástica real
Tens
ão r
eal
067,0
904
~
198000
~~
056,0
748
~
179000
~~
Comportamento quanto a Fadiga:
E(GPa) σLE (MPa) σLR (MPa) σf (MPa) AT25mm(%) Estricção(%) f(MPa) f(%)
SAF 2205 179±6 532±10 767±8 389±5 58,54±2,83 84,14±1,22 4807±9 1,84±0,01
SAF 2507 198±1 613±3 862±3 489±4 55,58±1,45 75,40±1,11 3502±2 1,40±0,01
Tabela 1: propriedades mecânicas encontradas para as ligas SAF 2205 e SAF 2507.
0572,0).2.(005,0 Nfea
4952,0).2.(2933,0 Nfpa
pa
ea
totala
Gráfico 3: tensão real x deformação plástica real SAF
2205.Gráfico 4: tensão real x deformação plástica real SAF
2507.
Gráfico 5: deformação x número de ciclos SAF 2205. Gráfico 6: tensão real x deformação real SAF 2205.
Cíclica
Monotônica
1655,0
1201
~
179000
~~
σf’=895MPa b=-0,0572
εf’=0,2933 c=-0,4952
~ ~
Tração 2205- Engenharia
0
100
200
300
400
500
600
700
800
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6
Deformação de engenharia
Te
ns
ão
de
en
ge
nh
ari
a..
Tração 2507 - Engenharia
0
200
400
600
800
1000
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6
Deformação de engenharia
Tens
ão d
e en
genh
aria
