Estudo do comportamento dos aços ferramenta Thyrotherm 2999

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    08-Jan-2017

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  • Estudo do comportamento dos aos ferramentaThyrotherm 2999 EFS Supra e H13 sob fadiga

    de baixo ciclo a alta temperatura

    Diego Jos Inforzato

    Dissertao apresentada rea Interunidades emCincia e Engenharia deMateriais, da Universidadede So Paulo, paraobteno do titulo deMestre em Cincia eEngenharia de Materiais.

    Orientador: Prof. Dr. Dirceu Spinelli

    USP/lfSCISBI

    So Carlos - 2005 111:8-2..001881

    IFSC-USP SERViO DE BIBLIOTECAINFORMA CO

  • Inforzato, Diego Jos

    "Estudo do comportamento dos aos ferramenta Thyrotherm 2999 EFS Supra e H13sob fadiga de baixo ciclo a alta temperatura"Diego Jos Inforzato - So Carlos, 2005

    Dissertao (Mestrado) - Interunidades Cincia e Engenharia de Materiais daUniversidade de So Paulo, 2005 - pginas: 130

    rea: Interunidades Cincia e Engenharia de rvIateriaisOrientador: Prof Dr. Dirceu Spinelli

    I.Aos.

    1. Ttulo

    lF~r.-lI~P SERVIO DE BIBLIOTECA

  • MEMBROS DA COMISSO JULGADORA DA DISSERTAO DE MESTRADO DE DIEGOJOS INFORZATO, APRESENTADA A REA INTERUNIDADES CIt:NCIA EENGENHARIA DE MATERIAIS, UNIVERSIDADE DE SO PAULO, EM 13/0512005.

    COMISSO JULGADORA:bPrat. Dr. Dirceu Spinelli (Qtientador e Presidente) - EESC/USP

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    A toda minha famlia e minha namorada pelacolaborao, compreenso, apoio e incentivo.

    II

    !FSC-USPSERViO DE BIBLIOTECA

    INFORMACO

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    A disciplina no significa modelar a mente, mastom-la livre para viver a plenitude da vida quese encontra dentro de cada um de ns.Quem ama a disciplina ama o conhecimento. (Pr.12,1)

    Pe. Edmundo de Lima Calvo

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    IFSC-USP SERViO DE BIBLIOTECI

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    AGRADECIMENTOS

    Ao amigo e Prot. Dr. Dirceu Spinelli, meu orientador, pela sua imprescindvel

    ajuda, sem a qual no teria sido possvel a concluso deste trabalho.

    Ao amigo e Prot. Dr. Waldek W. B. Filho, incentivador de minha pesquisa.

    Ao amigo e co-orientador Mauro A. F. de Oliveira pela colaborao.

    Aos amigos e colegas de trabalho Gustavo L. de Carvalho, Luciano Rizzatti,

    Edson de M. Neto, Sergio Eustachio, e Jos D. Cmio, por toda ajuda prestada e

    pelo incentivo para a concluso do trabalho.

    E a todos os amigos do Departamento de Engenharia de Materiais, Aeronutica e

    Automobilstica da EESC-USP, em especial aos amigos Joo J. Bemardi, Eliezer

    D. Francisco, Jos S. C. Lima, Csar A. J. Falco, Valdinei F. da Silva, Marcelo 1.

    Milan, Maurcio Angeloni, Cssius O. F. 1. Ruckert, e Omar Maluf.

    N

    IfSC-USP SERViO DE BIBLIOTECAINFORMACO

  • SUMRIO

    SUMRIO V

    LISTA DE FIGURAS VII

    LISTA DE TABELAS XIV

    LISTA DE ABREVIATURAS, SIGLAS E SMBOLOS XV

    RESUMO , XVII

    ABSTRACT XVIII

    1 - INTRODUO 1

    2 - OBJETIVO , 4

    3 - REVISO DA LITERATURA 6

    3. 1 - Fadiga dos Metais 6

    3.2 - Nucleao e Propagao da Trinca 7

    3.3 - Comportamento Monotnico de Metais sob Tenso - Deformao 11

    3.4 - Comportamento de Metais sob Tenso - Deformao Cclicas 16

    3.5 - Curva tenso - deformao cclica 21

    3.6 - Curva deformao - vida 24

    3.7 - Mtodos de previso de vida de modelos estimativos 27

    3.8 - Fadiga de baixo ciclo 33

    3.9 - Aos ferramenta 38

    3.9.1 - Carbonetos metlicos em aos ferramenta .434 - MATERIAIS E MTODOS , .46

    4. 1 - Materiais 46

    4.2 - Tratamento trmico dos materiais .48

    4.3 - Preparao dos corpos-de-prova 50

    4.4 - Sistema de designao dos corpos-de-prova e dos ensaios 51

    4.5 - Ensaios de trao e fadiga isotrmica 53

    4.6 - Sistema de ensaio 55

    4.6.1 - Fomo de induo 554.6.2 - Sistema de medio de temperatura 564.6.3 - Extensmetro e garras 574.6.4 - Programa de controle e aquisio de dados 59

    4.7 - Anlise Fratogrfica 62

    v

    IFSC-USP SERViO OE BIBlIOTE(,INFORMACO

  • 5 - RESULTADOS 63

    5.1 - Ensaios Realizados 63

    5.2 - Durezas dos corpos-de-prova 65

    5.3 - Metalografia - Microestruturas obtidas dos tratamentos trmicos 66

    5.4 - Trao a temperatura ambiente 69

    5.5 - Trao a altas temperaturas 69

    5.6 - Curvas e-N 85

    5.6.1 - Curvas e-N obtidas de modelos estimativos baseados em parmetrosmonotnicos , , 85

    5.7 - Fadiga Isotrmica de Baixo Ciclo a 400C 90

    5.8 - Fratografia 109

    6 - DiSCUSSO 113

    7- CONCLUSES 122

    8 - SUGESTES PARA TRABALHOS FUTUROS 125

    9 - REFERNCIAS BIBLIOGRFiCAS 126

    VI

  • LISTA DE FIGURAS

    Figura 1.1: Processo de fo~amento: (a) fo~amento de pinho a morno por

    extruso, e (b) simulao computacional do processo de fo~amento

    (representao esquemtica - corte transversal da matriz de forjamento).

    Figura 3.1: Estgios da vida em fadiga (BUCH, 1988).

    Figura 3.2: Estgios da propagao de trinca por fadiga (GROSSKREUTZ, 1971).

    Figura 3.3: Curvas tenso - deformao de engenharia e verdadeira (MITCHELL,

    2000).

    Figura 3.4: Curva tenso - deformao total verdadeira (MITCHELL, 2000).

    Figura 3.5: Curva tenso x deformao plstica verdadeira em escala bilogartmica

    (MITCHELL, 2000).

    Figura 3.6: Parmetros que caracterizam um ciclo de tenso (CONWA Y &

    SJODAHL, 1991).

    Figura 3.7: Ciclos de deformao e correspondente ciclo de tenso (CONWA Y &

    SJODAHL, 1991).

    Figura 3.8 - Desenvolvimento de laos de histerese, sob controle de deformao

    (CONWAY & SJODAHL, 1991).

    Figura 3.9: Representao esquemtica de comportamentos cclicos. a) controle

    de tenso; b) controle de deformao (HERTZBERG, 1995).

    Figura 3.10: Resposta em tenso para ensaio sob controle de deformao

    (MITCHELL, 1978).

    Figura 3.11: Curva tenso - deformao cclica (CONWA Y & SJODAHL, 1991).

    Figura 3.12: Curva tenso em funo da deformao plstica cclica (KLESNIL &

    LUKAS, 1992).

    Figura 3.13: Deformaes elstica e plstica em um lao de histerese (RIBEIRO et

    ai, 1999).

    Figura 3.14: Representao esquemtica da curva deformao-vida (MITCHELL,

    2000).

    Figura 3.15: Histereses simtricas experimentais (a) e ajustadas pelo modelo

    elasto-plstico (b) (BERNHART et ai, 1999).

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    Ir:SC-USP SERViO DE BIBLIOTECA1i',FOfIMACAO

  • "

    Figura 4.1: Microestruturas do ao Thyrothenn 2999 EFS Supra na condio de

    recebimento do material recozido; a) Sentido transversal; b) Sentido longitudinal;

    Aumento 200x; ataque: Nital 3%.

    Figura 4.2: Microestruturas do ao H13 na condio de recebimento do material

    recozido; a) Sentido transversal; b) Sentido longitudinal; Aumento 200x; ataque:

    Nita/3%.

    Figura 4.3: Curvas de revenimento dos aos H13 e Thyrothenn 2999 EFS Supra

    (Catlogos comerciais Aos Villares e Thyssen).

    Figura 4.4: Sistema de designao dos corpos-de-prova.

    Figura 4.5: Foto e desenho dos corpos-de-prova dos ensaios de trao.

    Figura 4.6: Foto e desenho dos corpos-de-prova dos ensaios de fadiga de baixo

    ciclo.

    Figura 4.7: Localizao das medies das durezas antes e aps os ensaios de

    fadiga.

    Figura 4.8: Detalhamento das garras do sistema de fixao dos corpos de prova.

    Figura 4.9: Detalhe da montagem dos corpos-de-prova de trao e de fadiga com

    as garras de fixao.

    Figura 4.10: Vista do equipamento de ensaios e da montagem dos extensmetros,

    da bobina de induo com o corpo-de-prova, e do pirmetro.

    Figura 4.11: Sistema de aquisio de dados e de controle do ensaio de fadiga a

    altas temperaturas.

    Figura 4.12: Programa de aquisio e controle dos ensaios de fadiga isotrmica; 4

    telas do mesmo programa para 4 ensaios de fadiga diferentes.

    Figura 5.1: Microestruturas do cp 44THYFBC5209; aumento de 1000x; ataque

    nitaI3%.

    Figura 5.2: Microestruturas do cp 51THYFBC4205; aumento de 1000x; ataque

    nitaI3%.

    Figura 5.3: Microestruturas do cp 78H13FBC5210; aumento de 1000x; ataque nital

    3%.

    Figura 5.4: Microestruturas do cp 82H13FBC4205; aumento de 1000x; ataque nital

    3%.

    VIII

    'fSC-USPSERVIO DE BIBLIOTECA

    lNFORMACAo

  • Figura 5.5: Curvas de tenso x deformao convencionais para o ao H13,

    realizadas a 400,500, e 600C.

    Figura 5.6: Curvas de tenso x deformao convencionais para o ao H13,

    realizadas a 400C.

    Figura 5.7: Curvas de tenso x deformao convencionais para o ao H13,

    realizadas a 500C.

    Figura 5.8: Curvas de tenso x deformao convencionais para o ao H13,

    realizadas a 600C.

    Figura 5.9: Curva de tenso x deformao convencionais para o ao H13;

    determinao de Sr e Se.

    Figura 5.10: Curva de tenso x deformao convencionais para o ao H13;

    determinao de Sr e Se.

    Figura 5.11: Curva de tenso x deformao convencionais para o ao H13;

    determinao de Sr e Se.

    Figura 5.12: Curva de tenso x deformao plstica monotnica para o ao H13;

    determinao dos parmetros n e k.

    Figura 5.13: Curva de tenso x deformao plstica monotnica para o ao H13;

    determinao dos parmetros n e k.

    Figura 5.14: Curva de tenso x deformao plstica monotnica para o ao H13;

    determinao dos parmetros n e k.

    Figura 5.15: Curvas de tenso x deformao convencionais para o ao Thyrotherm

    2999 EFS Supra, realizadas a 400, 500, e 600C.

    Figura 5.16: Curvas de tenso x deformao convencionais para o ao Thyrotherm

    2999EFS Supra, realizadas a 400C.

    Figura 5.17: Curvas de tenso x deformao convencionais para o ao Thyrotherm

    2999EFS Supra, realizadas a 500C.

    Figura 5.18: Curvas de tenso x deformao convencionais para o ao Thyrotherm

    2999EFS Supra, realizadas a 600C.

    Figura 5.19: Curvas de tenso x deformao convencionais para o ao Thyrotherm

    2999EFS Supra; determinao de Sr e Se.

    IX

  • Figura 5.20: C