WORKING PAPERS (ANO) FROM NORGES BANK 2005-2008

Todos os corpos de prova de fadiga de alto ciclo selecionados para análise fractográfica foram submetidos a um nível de carregamento cíclico da ordem de 50% da tensão limite de resistência à tração. Condição de carregamento esta inferior à tensão limite de escoamento que, por sua vez, variou entre 60% e 75% da tensão limite de resistência à tração em todos as condições investigadas. A vida em fadiga neste nível de carregamento foi de aproximadamente 4x105 ciclos também independentemente da condição microestrutural analisada.

Como já era de se esperar, sob níveis de carregamento mais baixos, trincas por fadiga se propagam de maneira estável por grandes extensões da seção transversal dos corpos de prova. Em todas as condições investigadas, observou-se a propagação de uma única trinca estável por fadiga. Na maioria dos casos, esta trinca nucleou na superfície do corpo de prova em um ponto tal que a sua propagação foi aproximadamente perpendicular à superfície da chapa em que os corpos de prova foram extraídos. A Figura 5.58 ilustra as fraturas por fadiga.

A imagem ilustrada na Figura 5.58-a referente à fratura por fadiga de alto ciclo do corpo de prova no estado de entrega permitiu identificar com certa clareza o ponto em que a trinca por fadiga nucleou. Este ponto se encontra na parte inferior da fratura levemente inclinado para direita da imagem. Marcas que se desenvolveram radialmente na forma de um leque sobre a região de propagação estável da trinca por fadiga também podem ser visualizadas a partir deste ponto. A Figura 5.58-b ilustra a fratura por fadiga de alto ciclo de um dos corpos de prova envelhecido a 475ºC. Nesta imagem é possível visualizar a região de propagação estável de trinca, localizada na parte inferior da imagem. Finalmente, a imagem ilustrada na Figura 5.58-c se refere à fratura por fadiga em alto ciclo de um corpo de prova envelhecido a 850ºC. Observa-se por esta imagem que a região de propagação estável de trinca por fadiga é suavemente ondulada e o ponto em que esta trinca nucleou é visível na imagem e está localizada no centro da parte inferior da fratura.

127 (a) (b)

(c)

Figura 5.58: Imagem macroscópica de fraturas por fadiga em regime de alto ciclo dos corpos de prova do aço inoxidável duplex UNS S32304: (a) no estado de entrega, (b) após envelhecimento a 475ºC por 100h e (c) após envelhecimento a 850ºC por 50h. As setas partem dos pontos de nucleação de trinca e

apontam na direção de propagação destas.

As imagens ilustradas na Figura 5.59 se referem às regiões de propagação estável de trinca por fadiga e aos pontos de nucleação destas trincas para o aço inoxidável duplex no estado de entrega.

A imagem da Figura 5.59-a permite visualizar com maior clareza o que já havia sido observado na imagem macroscópica da região de propagação estável da trinca por fadiga no corpo de prova do aço inoxidável no estado de entrega. Trata-se da localização do ponto em que a trinca nucleou e de marcas se desenvolvendo radialmente indicando o avanço da trinca estável por fadiga. Estas marcas irradiando a partir do ponto de nucleação de trincas possuem aspecto similar ao observado por Chai (2006) em seu estudo sobre comportamento de um aço

128 inoxidável duplex em fadiga de ultra alto ciclo. As imagens da Figura 5.53(b, c) são ilustrações da região de nucleação da trinca por fadiga e evidenciam os aspectos já observados nas análises das fraturas de fadiga de baixo ciclo. Conforme já mencionado, observou-se uma grande degradação da microestrutura do material devido ao tortuoso caminho descrito pela propagação da trinca no início do processo de falha por fadiga. Mais detalhes quanto aos mecanismos de falha por fadiga em regime de alto ciclo para o aço inoxidável duplex UNS S32304 não puderam ser identificados devido ao amassamento da superfície da fratura em função da presença de tensões de compressão durante o carregamento cíclico, conforme ocorrido em situações já relatadas.

(a) (b)

(c)

Figura 5.59: Detalhes do ponto de nucleação de trinca por fadiga em regime de alto ciclo em corpo de prova do aço inoxidável duplex UNS S32304 no estado de entrega: (a) região de propagação estável de trinca, 35X, (b) e (c) região de nucleação da trinca por fadiga, 250X e 500X, respectivamente. As

setas partem do ponto de nucleação de trinca e apontam na direção de propagação desta.

A Figura 5.60 ilustra a região de propagação estável de trinca por fadiga e o respectivo local em que ocorreu a sua nucleação no corpo de prova envelhecido a 475ºC por 100h.

129 (a) (b)

(c)

Figura 5.60: Detalhes do ponto de nucleação de trinca por fadiga em regime de alto ciclo no corpo de prova do aço inoxidável duplex UNS S32304 tratado isotermicamente a 475ºC por 100h: (a) região de propagação estável de trinca, 35X, (b) e (c) região de nucleação da trinca por fadiga, 250X e

500X, respectivamente. As setas partem do ponto de nucleação de trinca e apontam na direção de propagação desta.

Na imagem ilustrada na Figura 5.60-a foi possível identificar o local em que a trinca por fadiga nucleou (origem das setas). Também se observou a presença de uma trinca longitudinal ao carregamento na região de transição de propagação estável de trinca para propagação instável de trinca. No local em que a trinca nucleou se observou a já mencionada degradação da microestrutura do material (Figuras 5.60(b, c)).

Não foi possível identificar aspectos típicos de fratura por fadiga como estrias sobre a região de propagação estável de trinca por fadiga devido ao amassamento desta superfície pelo carregamento compressivo presente no ciclo de tensões. Diferentemente de Vogt et al. (2002) que identificaram estrias na superfície da fratura por fadiga com controle de deformação de um aço inoxidável super duplex.

A Figura 5.61 ilustra a região de propagação estável de trinca por fadiga e o local em que ocorreu a sua nucleação no corpo de prova envelhecido a 850ºC por 50h.

130 (a) (b)

(c)

Figura 5.61: Detalhes do ponto de nucleação de trinca por fadiga em regime de alto ciclo no corpo de prova do aço inoxidável duplex UNS S32304 envelhecido a 850ºC por 50h: (a) região de propagação estável de trinca, 35X, (b) e (c) região de nucleação da trinca por fadiga, 250X e 500X, respectivamente. As setas partem do ponto de nucleação de trinca e apontam na direção de propagação

desta.

Na imagem ilustrada na Figura 5.61-a foi possível visualizar o local em que a trinca por fadiga nucleou (origem das setas), assim com também já tinha sido possível na imagem macroscópica desta fratura. Também se observou pequenas marcas se desenvolvendo radialmente sobre a região de propagação estável de trinca permitindo visualizar a direção em que esta avançou. No local em que a trinca nucleou se observou a já mencionada degradação da microestrutura do material com a presença de perfurações similares às de arrancamento de partículas do material (Figuras 5.61(b, c)).

Outros detalhes quanto aos mecanismos de falha por fadiga do aço inoxidável duplex UNS S32304 após os tratamentos isotérmicos não puderam ser identificados devido ao fato já mencionado do ciclo de tensões envolverem tensões compressivas.

Finalizando, por meio das análises fractográficas constatou-se que não ocorreu qualquer modificação devido aos tratamentos isotérmicos realizados nos mecanismos de falha

131 relacionados ao número de sítios de nucleação de trinca, suas localizações e as condições em que estas trincas propagam de maneira estável e instavelmente até a falha do corpo de prova no regime de fadiga de alto ciclo. Em todos os casos foi observado um único sítio de nucleação de trinca localizado preferencialmente na superfície do corpo de prova paralela à superfície da chapa. A partir destes sítios, trincas se propagaram estavelmente até ultrapassar mais de 50% da seção transversal do corpo de prova em todos os casos analisados. A única diferença que foi observada é que a trinca estável por fadiga no corpo de prova envelhecido a 475ºC por 100h propagou por uma extensão um pouco menor que nas demais condições.

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