Estudo do comportamento à fadiga em ferro fundido nodular austemperado (ADI) sujeito a carregamentos de amplitude variável

• Main Author: Jose Felipe Dias
• Other Authors: Gabriel de Oliveira Ribeiro
• Format: Others
• Language: Portuguese
• Published: Universidade Federal de Minas Gerais 2006
• Online Access: http://hdl.handle.net/1843/LMCA-6XHEED

=== An investigation was carried out to verify the influence of austempering temperature and time on the fatigue behavior of Austempered Ductile Iron (ADI), under variable amplitude loading. ADI specimens with 0,5% of copper and of nickel were used in fatigue propagation, rotating and reciprocating bending fatigue tests. The fatigue life results under variable amplitude loading have been analyzed by linear and double linear damage rules. The fatigue crack growth rate was estimated by Pariss law. Samples were machined from 13 mm casting blocks. Three set of samples were prepared, all of them austenitized at 900°C for 1,5 hour and then austempered at two different temperatures and three different times: the first set was austempered at 360°C for 1,5 hours; the second at 360°C for 0,6 hour and the third at 300°C for 2,5 hours. The material was characterized and analyzed by means of optical and scanning electron microscopy, X-Ray diffraction and mechanical tests. Unnotched samples were tested in rotating bending fatigue using different cyclic stress amplitudes. The reciprocating bending fatigue tests were performed using strain control. Fatigue crack growth tests were performed under constant and variable amplitude cyclic stress intensity. The materials austempered at 360°C showed greater rates of austenite and ductility, and smaller tensile stress and hardness than the materials austempered at 300°C. The carbon contents in the austenite in the second set were smaller than the contents in the first set. Among the observations made, the most important ones are: (i) the materials austempered at 360°C showed longer fatigue live than the ones austempered at 300°C, under both constant and variable amplitude loading, near 500 MPa; (ii) materials treated at 360°C, showed smaller crack growth rate than those austempered at 300°C; (iii) *bigger rates of austenite and smaller rates of carbon provided the material with bigger nucleation fatigue resistance; (iv) the rate of crack growth of the material in the second set, under constant cyclic stress intensity factor was smaller than under variable stress; (v) the linear and double linear damage rules did not offer satisfactory results in predicting fatigue life of ADI; (vi) beneficial effects from the first set were observed in the second set only when stress amplitude beyond the fatigue limit was applied. === Verificou-se a influência da temperatura e do tempo de austêmpera no comportamento à fadiga, sob carregamento de amplitude variável, de corpos-de-prova em ferro fundido nodular austemperado (ADI), com 0,5% de cobre e de níquel, através de ensaios de propagação de trinca, flexão rotativa e alternada. Utilizaram-se a lei de Paris para estimar a taxa de propagação de trinca por fadiga, e as leis de dano linear e bilinear na previsão da vida à fadiga sob carregamento variável. Os corpos-de-prova foram extraídos de blocos fundidos com espessura de 13 mm, produzidos em condições industriais. Examinaram-se três lotes de corpos-de-prova, austenitizados a 900°C por 1,5 h, mas com ciclos de austêmpera distintos. O primeiro lote foi austemperado a 360°C por 1,5 h; o segundo a 360°C por 0,6 h; e o terceiro a 300°C por 2,5 h. Os materiais foram caracterizados e analisados através de microscopias ótica e eletrônica, difração de raios-X e ensaios mecânicos. Os ensaios de fadiga por flexão rotativa, em corpos-de-prova sem entalhe, foram realizados em amplitude variável, através de carregamento em blocos. Os ensaios por flexão alternada foram realizados com controle de deformação. Os ensaios de propagação de trinca por fadiga foram realizados sob fatores cíclicos de intensidade de tensão, constante e crescente. Os materiais austemperados a 360°C apresentaram, maior volume percentual de austenita e ductilidade, e menor resistência mecânica e dureza que o austemperado a 300°C. A austenita do material do segundo lote apresentou menor teor de carbono que a do primeiro lote. Dentre as observações verificadas, destacam-se pela importância: os materiais tratados a 360°C apresentaram vida à fadiga superior aos tratados a 300°C, sob amplitudes de tensão constante e variável, próximas de 500 MPa; os materiais tratados a 360°C, apresentaram menores taxas de propagação de trinca que o tratado a 300°C; maior volume de austenita e menor teor de carbono propiciaram maior resistência à iniciação de trincas por fadiga; a taxa de propagação de trinca do material do segundo lote, sob fator cíclico de intensidade de tensão constante, foi menor que sob o variável; as leis de dano linear e bilinear não forneceram resultados satisfatórios na previsão da vida à fadiga do ADI; efeitos benéficos do primeiro bloco de carga, na vida à fadiga, foram observados em materiais do segundo lote somente quando aplicou-se amplitudes de tensão acima do limite de fadiga.