Crescimento de trinca de fadiga no aço SAE 4140 sujeito à vibração forçada
Zusammenfassung
Fadiga é uma causa comum de falhas em componentes mecânicos e estruturas metálicas, quando sujeitos a carregamentos dinâmicos, causadas pelo surgimento e propagação de uma trinca de fadiga, sendo a chamada lei de Paris o principal modelo dessa propagação. Esse trabalho teve o objetivo de gerar e avaliar o processo de fadiga para o aço SAE 4140 em diferentes microestruturas, obtidas por meio da realização de tratamento térmico. As cargas dinâmicas, necessárias para a geração da fadiga nos materiais, foram obtidas mediante a utilização da vibração forçada, servindo também como controle do comprimento de trinca por meio da frequência natural, calculada previamente pelo método de elementos finitos (MEF) e verificada experimentalmente para diferentes comprimentos de trinca. Foram realizados 3 tratamentos térmicos distintos, assim como utilizados diferentes níveis de carga, para avaliação do número de ciclos e a taxa de crescimento da trinca de fadiga. Os ensaios foram feitos em corpos de prova normalizados, temperados e revenidos a 600°C e temperados e revenidos a 500°C. Com a utilização da vibração foi possível exercer dois métodos diferentes de aplicação de carga: por deslocamento e força constantes. Com carregamento por deslocamento constante foram obtidos melhores resultados quando comparado com a outra abordagem, pois na medida em que ocorreu a progressão da trinca, as tensões evoluíram com uma menor intensidade. O material temperado e revenido a 500°C teve durabilidade superior, em comparação com os demais tratamentos, independente do método de carregamento. Nos ensaios com deslocamento constante foi possível realizar o cálculo dos parâmetros m e C do modelo de Paris, obtendo-se o valor de 4,44 e 1,51 x 10-13 ( mm⁄ciclos (MPa√m) m) para m e C, respectivamente, na amostra normalizada. No material temperado e revenido a 600°C os valores foram 2,61 e 2,20 x 10-10 ( mm⁄ciclos (MPa√m) m), enquanto que na amostra temperada e revenida a 500°C foi obtido 2,50 e 2,10 x 10-10 ( mm⁄ciclos (MPa√m) m).