Efeito da razão R entre tensões e de sobrecargas na resistência ao crescimento de trinca por fadiga de dois aços perlíticos de aplicação em trilhos ferroviários.

Abstract

Este trabalho estudou os efeitos de algumas variáveis relacionadas à história de carregamento na resistência ao crescimento de trinca por fadiga de dois aços perlíticos utilizados em ferrovias brasileiras; um aço comum e um aço microligado ao V. O comportamento dos aços foi avaliado utilizando-se a metodologia da Mecânica de Fratura, por meio de ensaios de crescimento de trinca por fadiga (da/dN x ΔK). Os ensaios de fadiga foram realizados com a razão R = 0,1 e 0,7 aplicando dois modelos empíricos recentes, propostos por Al-Rubaie et al. (2008) e Jones et al. (2012) para previsão das curvas sigmoidais. Sobrecargas de tração foram aplicadas na ciclagem original sendo: uma sobrecarga em função do tamanho de trinca, dois valores distintos de sobrecarga para um tamanho de trinca fixo, e blocos compostos por diferentes números de ciclos de sobrecarga para um tamanho de trinca fixo. As superfícies de fratura das amostras ensaiadas foram analisadas por microscopia eletrônica de varredura para verificar o mecanismo de fratura nas três regiões de crescimento de trinca por fadiga. As superfícies de fratura também foram analisadas por microscopia de força atômica para confirmar a presença do mecanismo de fechamento de trinca induzido por rugosidade. Ambos os aços apresentaram sensibilidade à razão R entre tensões de carregamento em fadiga. Os dois modelos empíricos foram satisfatórios no tratamento dos dados experimentais, embora o modelo de Jones et al. seja mais simples de ser manipulado. Os aços estudados também apresentaram sensibilidade às sobrecargas de fadiga, o que pode representar um efeito positivo relacionado ao retardamento do crescimento de trinca com aumento de sobrecargas, mas também um efeito negativo, pois aumentando o tamanho de trinca onde a sobrecarga é aplicada e aumentando o número de ciclos de um bloco de sobrecargas, a intensidade do efeito de retardamento diminui ou desaparece. Esses resultados de fadiga são importantes para prever o comportamento real dos aços usados no setor ferroviário e para realizar um controle adequado de manutenção, evitando uma falha prematura e um consequente acidente catastrófico. Além disso, este estudo mostrou um melhor comportamento do aço comum, indicando que uma combinação adequada de uma composição química simples e um processamento termomecânico apropriado pode fornecer um aço que atenda as especificações padronizadas para aplicação em trilhos ferroviários sem a necessidade de adições de elementos microligantes que podem tornar o produto final mais caro.