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DETERMINACAO_DA_RESISTENCIA_A_FADIGA_DO_ACO_ASTM_A743__EFEITO_DA_TENSAO_MEDIA_SOBRE_A_VIDA.doc
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PROGRAMA ELETRONORTE DE PESQUISA E DESENVOLVIMENTO TECNOLÓGICO - CICLO 2004/2005
Identificação das Condições de Falha por Fadiga em Materiais Usados na Fabricação de Pás de Turbinas ...
PROGRAMA ELETRONORTE DE PESQUISA E
DESENVOLVIMENTO TECNOLÓGICO
CICLO 2004/2005
Identificação das Condições de Falha por Fadiga em
Materiais Usados na Fabricação de Pás de Turbinas
Hidráulicas
DETERMINAÇÃO DA RESISTENCIA À FADIGA
DO AÇO ASTM A743 – CA6NM
TOMO 3
EFEITO DA PRESENÇA DE TENSÃO MÉDIA SOBRE A
VIDA
Autores
Eng. Felipe de Oliveira
Eng. Braitner Lobato da Silva
Prof. Jorge Luiz de Almeida Ferreira
Prof. José Alexander Araujo
Brasília, Março de 2009
Projeto de pesquisa e desenvolvimento em convênio entre a Fundação de Empreendimentos
Tecnológicos, a Universidade de Brasília e as Centrais Elétricas do Norte do Brasil.
RESUMO
Este relatório tem por finalidade avaliar o efeito da tensão média sobre a resistência
a fadiga do aço ASTM A743 CA6NM. . O trabalho teve inicio com a caracterização
mecânica deste material, que é um aço inox martensítico utilizado para fabricação
de pás e outros componentes de turbinas hidráulicas. Esta caracterização foi obtida
com a realização de testes de tração e dureza, e com o levantamento da micrografia
em que foram confeccionados 96 corpos de prova de fadiga para realização do
experimento. Ensaiou-se 36 corpos de prova sob condições de carregamento axial
com razão de carregamento R = -1 e mais 60 corpos de prova foram ensaiados sob
condição de carregamento axial com razões de carregamento R = 0, R = 1/3 e R =
2/3. A partir dos resultados obtidos com os espécimes ensaiados foi possível traçar
a curva S-N e determinar o limite de fadiga desse aço, bem como quantificar as suas
dispersões. Realizou-se, ainda, comparações dos resultados experimentais obtidos
nos testes de fadiga com os modelos de fadiga uniaxial de Goodman, Gerber, SmithWatson-Topper, Walker e Kwofie. Foi possível constatar que o critério de Walker
foi o que melhor se ajustou aos dados experimentais.
SUMÁRIO
1 REVISÃO TEÓRICA
8
1 REVISÃO TEÓRICA
8
1.1 INTRODUÇÃO
1.2 EFEITO DA TENSÃO MÉDIA
8
9
2 PADRONIZAÇÃO DOS ENSAIOS DE FADIGA
2.1 DESCRIÇÃO DA MÁQUINA DE ENSAIO
2.2 DIMENSIONAMENTO DOS CORPOS DE PROVA
2.3 NÚMERO DE ENSAIOS
26
21
21
22
3. APRESENTAÇÃO E DISCUSSÕES DOS RESULTADOS EXPERIMENTAIS
3.1 DESCRIÇÃO DOS RESULTADOS DOS ENSAIOS DE FADIGA
3.1.1 -ENSAIOS COM RAZÃO DE CARREGAMENTO, R, IGUAL A -1
3.1.2 ENSAIOS COM RAZÃO DE CARREGAMENTO, R, IGUAL A 0
3.1.3 ENSAIOS COM RAZÃO DE CARREGAMENTO, R, IGUAL A 1/3
3.1.4 ENSAIOS COM RAZÃO DE CARREGAMENTO, R, IGUAL A 2/3
28
28
28
30
33
34
4. COMPARAÇÃO DOS MODELOS DO EFEITO DA TENSÃO MÉDIA PARA O AÇO ASTM
A743 CA6NM
36
4.1 – SÍNTESE DOS RESULTADOS
36
4.2 – ESTRATÉGIA DE AVALIAÇÃO DA ADERÊNCIA DOS MODELOS DE ESTIMATIVA DO EFEITO DA
TENSÃO MÉDIA PARA O ASTM A743 CA6NM
37
4.3 – ADERÊNCIA DOS MODELOS AOS RESULTADOS EXPERIMENTAIS
5. CONCLUSÕES
39
46
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
47
LISTA DE FIGURAS
Figura 1 – Carregamento à amplitude constante. (a) Carregamento alternado, (b) carregamento flutuante e (c)
Carregamento repetido.
8
Figura 2 – Efeito da tensão média na vida à fadig
10
Figura 3 – Aderência das relações de Gerber e de Goodman para os dados de Wohler
13
Figura 4 – Representação Esquemática das Relações de Goodman e Gerber quando as mesmas são plotadas no
diagrama de Haig.
14
Figura 5 – Representação Esquemática das Relações de Goodman modificada quando plotada no diagrama de
Haig.
15
Figura 6 – Representação Esquemática das Relações de Goodman e de Morrow
15
Figura 7 – Comportamento da Curva de Falha em Função do Fator de Sensibilidade a Tensão Média.
16
Figura 8 – Efeito da Resistência a Tração, S , sobre o Fator de Sensibilidade a Tensão Média, M.
17
Figura 9 – Comportamento típico da Eq. de Walker para diversos valores de .
18
Figura 10 – Comportamento típico da Eq. de Kwofie para diversos valores de .
19
Figura 2.1. Máquina de ensaio universal MTS 810
21
Figura 2.2. Dimensões dos CPs segundo a norma ASTM E 606-04
23
Figura 2.3. Representação do CP cilíndrico.
24
Figura 2.4. Representação do CP Cilíndrico tipo Ampulheta
24
Figura 2.3 – Dimensões do Corpo de Prova para Ensaio de Fadiga
25
Figura 3.1 – Curvas de Tendências Observadas para a Relação Tensão versus Vida
29
Figura 3.2 – Curvas de Tendências Observadas para a Relação Tensão versus Vida – Amostras A e B
Independentes
31
Figura 3.3 – Curva de Tendência Observada para a Relação Tensão-Vida - Amostras A e B Juntas
31
Figura 3.4 – Curva de Tendência Observada para a Relação Tensão-Vida - Amostras A e B Juntas
33
Figura 3.5 – Curva de Tendência Observada para a Relação Tensão-Vida - Amostra B
34
Figura 4.1 – Curvas Tensão versus Vida retratando o efeito da tensão média sobre a resistência a fadiga da liga de
aço ASTM A743 CA6NM
36
Figura 4.3 – Comparação Entre Dados Experimentais sobre o Efeito da Tensão Média e as, Respectivas Previsões
Baseadas no Modelo de Goodman
40
Figura 4.4 – Diagrama de Dispersão Entre os Dados Experimentais sobre o Efeito da Tensão Média e as,
Respectivas Previsões Baseadas no Modelo de Goodman
40
Figura 4.5 – Comparação Entre Dados Experimentais sobre o Efeito da Tensão Média e as, Respectivas Previsões
Baseadas no Modelo de Gerber
41
Figura 4.6 – Diagrama de Dispersão Entre os Dados Experimentais sobre o Efeito da Tensão Média e as,
Respectivas Previsões Baseadas no Modelo de Gerber
42
Figura 4.7 – Comparação Entre Dados Experimentais sobre o Efeito da Tensão Média e as, Respectivas Previsões
Baseadas no Modelo de Walker
43
Figura 4.8 – Diagrama de Dispersão Entre os Dados Experimentais sobre o Efeito da Tensão Média e as,
Respectivas Previsões Baseadas no Modelo de Walker
43
Figura 4.7 – Comparação Entre Dados Experimentais sobre o Efeito da Tensão Média e as, Respectivas Previsões
Baseadas no Modelo de Kwofie
44
u
Figura 4.10 – Diagrama de Dispersão Entre os Dados Experimentais sobre o Efeito da Tensão Média e as,
Respectivas Previsões Baseadas no Modelo de Kwofie
45
LISTA DE TABELAS
Tabela 1 – Soluções Particulares do Modelo Generalizado de Kwofie
20
Tabela 2.1. Dimensões do CP cilíndrico.
23
Tabela 3.2. Dimensões do CP Tipo Ampulheta.
24
Tabela 2.3 – Características Básicas dos Corpos de Prova Cilíndricos - ASTM E-466
25
Tabela 2.4 – Dimensões Nominais dos Corpos de Prova
25
Tabela 2.5 - Tamanho necessário de uma amostra. (Norma ASTM / E 73991)
26
Tabela 2.6 - Replicações necessárias. (Norma ASTM / E 73991)
26
Tabela 3.1 – Níveis de Tensão usados Para a Determinação da Curva S-N
27
Tabela 3.1 - Comportamento Estatístico das Vidas de Fadiga – Amostra de Material A (S = 890 MPa)
Tabela 3.2 - Comportamento Estatístico das Vidas de Fadiga – Amostra de Material B (S = 918 MPa)
Tabela 3.3 – Parâmetros da Curva S-N do Material Pertencente a Amostra A
29
Tabela 3.4 – Parâmetros da Curva S-N do Material Pertencente a Amostra B
29
Tabela 3.5 – Parâmetros da Curva S-N do Aço ASTM A743 CA6NM
30
Tabela 3.6 – Limite de Resistência a Fadiga [MPa]
30
Tabela 3.7 - Comportamento Estatístico das Vidas de Fadiga – Amostra de Material A (S = 890 MPa)
Tabela 3.8 - Comportamento Estatístico das Vidas de Fadiga – Amostra de Material B (S = 918 MPa)
Tabela 3.9 – Parâmetros da Curva S-N do Material Pertencente a Amostra A
32
Tabela 3.10 – Parâmetros da Curva S-N do Material Pertencente a Amostra B
32
Tabela 3.11 – Parâmetros da Curva S-N do Material - Amostras A e B
32
Tabela 3.12 – Limite de Resistência a Fadiga [MPa]
32
Tabela 3.13 - Comportamento Estatístico das Vidas de Fadiga – Amostra de Materiais A e B
33
Tabela 3.14 – Parâmetros da Curva S-N do Material - Amostras A e B
34
Tabela 3.15 - Comportamento Estatístico das Vidas de Fadiga – Amostra B
34
Tabela 3.16 – Parâmetros da Curva S-N do Material - Amostra B
35
Tabela 4.1 – Parâmetros que Caracterizam as Curvas de Resistência a Fadiga do ASTM A743 CA6NM
Tabela 4.2 – Equações Usadas para a Estimativa da Tensão Alternada Equivalente
38
Tabela 4.3 – Parâmetros que Caracterizam os Modelos de Kwofie e de Walker
39
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u
u
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...
Arquivo da conta:
alexdmoura
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