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Mestrado - Marina Izabelle Grabarski

por dirppg-ct publicado 06/11/2019 14h36, última modificação 06/11/2019 14h36
Efeito de tensões compressivas na fadiga de contato por rolamento de um ferro fundido nodular
Quando
29/11/2019
de 10h00 até 14h00
(America/Sao_Paulo / UTC-200)
Onde
Sede Ecoville - Sala EK104
Pessoa de contato
Giuseppe Pintaude
Participantes
Prof. Giuseppe Pintaude, Dr. - UTFPR - Orientador
Julio Cesar Klein das Neves, Dr. - UTFPR - Coorientador
Banca examinadora:
Prof.Giuseppe Pintaude, Dr. - UTFPR - Presidente
Prof. Carlos Henrique da Silva, Dr. - UTFPR
Prof. Marco Antônio Luersen, Dr. - UTFPR
Prof. Fabio Antonio Xavier, Dr. - UFSC
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Resumo: Nesse trabalho foi analisado o efeito das tensões residuais compressivas, obtidas por shot peening, na resistência à fadiga de contato de rolamento de um ferro fundido nodular temperado. Esse material apresenta desempenho mecânico similar ao de alguns aços, com vantagens, como menor peso e custo. Porém, quando submetido à esforços de contato cíclicos, como na fadiga de contato de rolamento, apresenta menor vida que os aços. Formas de melhorar o desempenho desse material são importantes quando se deseja tornar viável seu uso para fabricação de peças sujeitas a esse tipo de falha. Diversos trabalhos relatam um aumento na vida em fadiga de contato de rolamento para alguns materiais, devido a presença de tensões residuais compressivas na superfície do componente. Entretanto, não existe uniformidade dos resultados relacionados ao uso de tensões residuais para esse fim. Para atender o objetivo proposto, utilizou-se a técnica de shot peening para criar um perfil de tensões residuais compressivas em amostras de ferro fundido nodular temperado. Este material foi obtido por meio de fundição contínua, com contagem de grafitas de 210 nod/mm², sendo posteriormente temperado e revenido, de modo que uma dureza de 595 ± 12 HV50 fosse alcançada. O valor dessas tensões foi medido através da difração de raios X, com remoção química de camadas. As amostras polidas foram submetidas a ensaios de fadiga do tipo esfera contra plano, em rolamento puro, e sua vida característica foi calculada utilizando a distribuição de probabilidade de Weibull de dois parâmetros. A carga de ensaio gerou uma pressão de contato de 2,2 GPa e foi escolhida levando em consideração não apenas as propriedades do material, mas também de forma que o ponto de máxima tensão cisalhante estivesse localizado dentro do campo de tensões residuais compressivas geradas pelo shot peening. Para avaliar o efeito da presença das tensões residuais, um grupo de amostras temperadas e revenidas e sem shot peening também foi submetido ao ensaio. Observou-se que a presença de tensões residuais compressivas levou a uma queda de aproximadamente 47% na vida média das amostras. Através da análise fractográfica percebeu-se que as falhas iniciavam aproximadamente na região onde localizava-se a máxima tensão cisalhante, resultante do contato, para ambos os grupos analisados. O campo de tensões residuais não alterou o mecanismo de falha. Entretanto, a compressão causada pelo shot peening, somada as tensões principais resultantes do contato, gerou também um aumento da tensão cisalhante principal, o que pode ter contribuído para a nucleação e propagação das trincas.

Palavras-chave: Fadiga de contato de rolamento; shot peening; perfil de tensão residual; difração de raios X.

Compressive stress effect on rolling contact fatigue of a ductile cast iron

Abstract: This work analyzes the effect of compressive residual stresses, obtained by shot peening, on rolling contact fatigue resistance of a quenched ductile cast iron. This material presents similar mechanical behavior when compared to some steels, but with the benefits of being cheaper and lighter. In the other hand, when subjected to cyclic contact loadings, it presents shorter fatigue life than steels. Means of improving the performance of ductile cast irons are important specially to make them feasible for the manufacturing of parts that might fail in this situation. Previous works showed improvement on contact rolling fatigue life for some materials due to the presence of compressive residual stresses on the surface of the components. However, there is no consistency of results about residual stresses for this application. To achieve the proposed objective, shot peening process was used to produce a compressive residual stresses profile on the surface of quenched ductile cast iron samples. This material was obtained from continuous casting process and presented graphite count of 210 nodules/mm2. Quenching and tempering reached a hardness value of 595 ± 12 HV50. Residual stresses were measured using X-ray diffraction and chemically clearance of layers. Contact fatigue tests were performed on polished samples with ball-on-flat mode and fatigue lives were calculated using two-parameter Weibull probability distribution. The testing load induce a 2.2 GPa contact pressure. This load was chosen, considering the material properties and ensuring that the maximum shear stress point was inside the compressive residual stresses region produced by shot peening. Another group of quenched and tempered samples which were not processed by shot peening was tested to compare the results. It was observed that the effect of compressive residual stresses on fatigue life of samples was reduced approximately 47%. Through fractography analysis, it was possible to notice that the fail started close to the maximum shear stress region in both conditions. The residual stresses profile did not modify the failure mode. However, the compression caused by the shot peening process combined with the contact principal stresses, could have increased the principal shear stress, which resulted in the cracks nucleation and growth.

Keywords: Rolling contact fatigue; Shot peening; residual stresses profile; X-ray diffraction

Lista de publicações:

PINTAUDE, G.; GRABARSKI, M. I.; MOREIRA, P. P. Maintenance of hydroerosive grinding efficiency based on particle size distribution of abrasive fluid. v. V, p. 1–10, 2019.