Correlation analysis

A análise fractográfica é dada a partir de duas superfícies de fratura oriundas de dois corpos de prova de propagação de trinca, sendo um referente ao metal base (CDP 7) e outro ao metal de solda (CDP III). As imagens obtidas por Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV) referem-se às regiões de propagação da trinca na fase inicial (baixa variação do fator de intensidade de tensão - ΔK), fase intermediária (média ΔK) e fase final (alta ΔK). Essas microfractografias são mostradas nas Figuras 87 a 89, onde cada condição (MB e MS) é comparada para um mesmo nível da variação do fator intensidade de tensão.

O aspecto fractográfico do CDP 7 MB em relação ao CDP III MS revela, independentemente da variação do fator intensidade de tensão, uma maior quantidade de trincas secundárias o que pode contribuir para um comportamento mais frágil da fratura. Essas trincas secundárias, as quais estão representadas por círculos nas microfractografias, são trincas perpendiculares à superfície de fratura que podem ter sido originadas pela ramificação da trinca principal.

Embora o crescimento da trinca por carregamento cíclico seja governado pelo mecanismo contínuo de estrias e que essas são consideradas um aspecto morfológico marcante na superfície de fratura por fadiga, tal morfologia não é tão evidente nas microfractografias apresentadas nas Figuras 87 a 89, principalmente no metal de solda. Ainda que difícil de serem visualizadas nitidamente, as estrias de fadiga estão presentes em todas as fases de propagação da trinca no metal base, todavia, só é possível distingui-las nitidamente na fase intermediária.

Os micromecanismos de fratura em ambas amostras são aparentemente os mesmos, em que as trincas de fadiga se propagam predominantemente por mecanismo transgranular, acompanhadas de pouca formação de estrias de fadiga devido em parte à microestrutura composta essencialmente de ferrita e perlita. No caso do metal de solda, observa-se a presença de linhas de deformação (áreas mais claras) onde não é possível notar nitidamente a presença de dimples, no entanto observa-se a presença de inclusões que estão indicadas por pequenos quadrados nas microfractografias.

Figura 87 - Região de propagação na fase inicial (∆K baixa): (a) CDP 7 MB (5000x); (b) CDP III MS (5000x).

Figura 88- Região de propagação na fase intermediária (∆K média): (a) CDP 7 MB (5000x); (b) CDP III MS (5000x).

Figura 89- Região de propagação na fase final (∆K alta): (a) CDP 7 MB (5000x); (b) CDP III MS (5000x). Direção de Propagação Direção de Propagação (a) (d) (b)

(a) Direção de Propagação (b) Direção de Propagação

Já a porção final da superfície de fratura ocasionada por tração monotônica também é analisada visando a identificação do micromecanismo de fratura predominante. A microfractografia do CDP 7 MB mostrada pela Figura 90 (a) revela um aspecto morfológico com a presença de dimples, o que indica um micromecanismo de fratura dúctil. No caso da microfractografia do CDP III mostrada na Figura 90 (b), é possível notar um aspecto morfológico com um elevado nível de deformação plástica ocasionada pela presença das inclusões. Nesse caso, observa-se um micromecanismo dúctil por coalescência das microcavidades (dimples) as quais envolvem as inclusões dispersas no interior da matriz metálica.

Figura 90– Fractografia na região de ruptura por tração monotônica: (a) CDP 7 MB (500x); (b) CDP III MS (5000x).

(b)

5. CONCLUSÃO

O estudo do comportamento em fadiga a partir da propagação de trincas nas diferentes regiões do tubo de aço API 5L X70 permite relatar as seguintes conclusões:

1. A partir das curvas a vs. N foi possível inferir que houve uma tendência do metal base localizado a 180° da junta soldada em apresentar uma maior resistência ao crescimento da trinca em relação ao metal base localizado a 90°;

2. Percebeu-se não haver uma tendência do comportamento em fadiga para uma posição específica ao longo da espessura, visto que, independentemente da localização do metal base, o comportamento do crescimento em função do número de ciclos apresentou comportamentos variados ao longo da espessura;

3. A partir da análise dos coeficientes da equação de Paris determinados para o metal base, constatou-se que as taxas de propagação no metal base localizado à 90° da junta soldada, independentemente da posição em relação à espessura da parede do tubo, foram superiores às taxas determinadas na posição angular de 180°;

4. A partir da curva da/dN vs. ΔK para o metal base (90° e 180°) foi observado que a trinca propagou-se mais rapidamente no metal base localizado a 90° da junta soldada para a fase inicial e intermediária da propagação (baixos e médios valores de ΔK). No entanto, para maiores valores de ΔK, próximo à região III, o comportamento do metal base (180°) convergiu para o comportamento do metal base (90°) a partir de taxas de propagação mais próximas às indicadas pelo metal base (90°).

5. A correlação da microestrutura à taxa de propagação permitiu observar que as maiores taxas de propagação foram verificadas para uma microestrutura à base de ferrita e perlita, com ferrita sob a morfologia poligonal e quase-poligonal. Contrariamente, as menores taxas de propagação da trinca foram registradas para o metal de solda constituído essencialmente por ferrita acicular (AF) bem como, em menor quantidade, de morfologias ferríticas como a ferrita primária de contorno de grão PF(G), ferrita primária intragranular PF(I), ferrita com segunda fase alinhada FS(A) e não alinhada FS(NA). Correlação esta que corrobora a superior resistência à fadiga da ferrita acicular comparativamente à microestrutura baseada em ferrita equiaxial (poligonal) e perlita. 6. De maneira geral, os parâmetros C e m do modelo de Paris determinados tanto para o

proporcional, em que os maiores valores calculados de C foram acompanhados pelos menores valores de m.

7. A análise fractográfica referente à região II do crescimento da trinca por fadiga revelou uma maior incidência de trincas secundárias para o metal base do que para o metal de solda, contribuindo para o aspecto mais frágil da propagação da trinca no metal base; 8. A presença de inclusões no metal de solda contribuiu para um micromecanismo de

fratura de aspecto mais dúctil em relação ao metal de base, uma vez que tais partículas além de atuarem no micromecanismo dúctil por coalescência de microcavidades (dimples) são fontes nucleadoras de ferrita acicular que, por sua vez, favoreceu em uma maior resistência à propagação da trinca por fadiga.