Efeito de características microestruturais na tenacidade à fratura e no crescimento de trinca por fadiga de aços perlíticos de aplicação ferroviária.

Abstract

Dois diferentes tipos de aços eutetóides são empregados na fabricação de trilhos ferroviários usados hoje na construção e manutenção das estradas de ferro do Brasil pela empresa Valor Logística Integrada – VLI. Porém não há produção nacional de trilhos, e a VLI importa esses componentes principalmente do Japão, China e Estados Unidos. Trilhos do tipo standard e premium são classificados de acordo com a presença de elementos de liga em sua composição e de acordo com o tratamento térmico realizado no boleto do trilho. Este trabalho caracteriza a microestrutura, o comportamento mecânico, determina a tenacidade à fratura e o comportamento em propagação de trinca por fadiga de dois trilhos (um standard e um premium), provenientes do Japão e da China. A microestrutura foi avaliada por microscopia óptica e eletrônica de varredura (MEV). O tamanho médio das colônias de perlita e o espaçamento interlamelar foram medidos. Além disso, foram realizados ensaios de dureza e tração, ensaios de tenacidade à fratura (mecânica de fratura linear elástica - KIC), e ensaios de propagação de trincas por fadiga (da/dN x K). As superfícies de fratura dos corpos de prova de todos os ensaios foram analisadas via MEV para confirmar o mecanismo de fratura material. As análises metalográficas mostraram a presença de perlita fina em todos os aços como constituinte majoritário, com uma distribuição normal de inclusões, mas com diferenças entre as características microestruturais (tamanho de colônia e espaçamento interlamelar) entre os dois aços estudados. Os ensaios mecânicos mostraram que existe uma diferença de resistência mecânica entre os aços. Os aspectos microestruturais foram correlacionados com os resultados da mecânica de fratura e de propagação de trincas por fadiga, a fim de mostrar o efeito da microestrutura no comportamento mecânico dos aços, que são informações relevantes para uma seleção adequada dos aços, pela VLI, para aplicações ferroviárias. Confirmou-se que uma estrutura mais refinada apresenta maior valor de dureza e de resistência mecânica, menor valor de tenacidade à fratura KIC e pior comportamento em fadiga, com menor valor de resistência à propagação de trinca por fadiga na região de crescimento de trinca I (KTH). A fractografia confirmou o comportamento frágil desses materiais.