[en] INFLUENCE OF SMALL DEFECTS AT SUPER LONG LIFE IN FATIGUE OF THE STRUCTURAL STEEL DIN 42CRMO4

[pt] INFLUÊNCIA DE MICRODEFEITOS NA SUPER LONGA VIDA EM FADIGA DO AÇO ESTRUTURAL DIN 42CRMO4

[pt] ALEXANDRE AURELIO DA MATTA

[pt] VIDA FADIGA

[pt] TEORIA DE MURAKAMI

[pt] MICRODEFEITOS

[pt] INCLUSOES

[pt] CONCENTRADOR DE TENSAO

[pt] FADIGA DE ALTISSIMO CICLO

[en] FATIGUE LIFE

[en] MURAKAMI S THEORY

[en] SMALL DEFECTS

[en] INCLUSIONS

[en] STRESS CONCENTRATION

[en] VERY HIGH CYCLE FATIGUE

[pt] Em função do desenvolvimento tecnológico atual, a vida-fadiga de inúmeros componentes mecânicos e estruturais pode ultrapassar a fronteira da fadiga de alto ciclo, estabelecida convencionalmente em 107 ciclos. Dessa forma, a avaliação do comportamento em fadiga de super longa duração tem se tornado extremamente relevante para projetos, onde materiais atingem 107-1012 ciclos durante a sua vida em serviço, criando o conceito de fadiga de altíssimo ciclo (Very High Cycle Fatigue – VHCF). Em particular, dúvidas permanecem sobre a influência local de inclusões não metálicas do material sobre os mecanismos de iniciação de trincas. O presente trabalho teve como objetivo avaliar a influência de microdefeitos na vida-fadiga do aço estrutural DIN 42CrMo4, sob regime de mega e giga ciclos. Neste contexto, corpos de prova (CPs) do tipo ampulheta foram usinados com furos de diferentes diâmetros (0,3 mm, 0,4 mm, 0,5 mm e 0,7 mm) na região central. Estes furos serviram de concentradores de tensão e foram definidos com base na teoria de Murakami, que propõe a substituição da maior inclusão metalúrgica existente na região de análise do material por um furo. Em sequência, os corpos de prova foram ensaiados sob fadiga ultrassônica com frequência de 20 kHz e razão de carregamento -1. As amplitudes de tensão adotadas foram de 310 MPa e 330 MPa, que representam valores na faixa de 34% a 37% do limite de resistência mecânica do material. A maior parte do experimento se mostrou condizente com o previsto por Murakami. Os resultados revelaram uma relação direta entre o tamanho do defeito e a vida-fadiga do material onde, com o aumento do tamanho furo, houve uma redução na vida-fadiga do material. Todos os furos, exceto o de 0,3 mm, provocaram a falha dos CPs no regime de fadiga de alto ciclo. Por fim, análises fractográficas permitiram avaliar a superfície de fratura, indicando o furo como o sítio para iniciação das trincas.

[en] Due to current technological development, the fatigue life of several mechanical and structural components can exceed the high cycle fatigue barrier, conventionally established at 107 cycles. Given that, the evaluation for super long duration fatigue behavior has become extremely relevant for projects, where materials reach 107-1012 cycles during their life in service, creating the concept of very high cycle fatigue (VHCF). In particular, questions remain about the local influence of materials non-metallic inclusions on the mechanisms of crack initiation. This work aimed to analyze the influence of small defects in the fatigue life of the structural steel DIN 42CrMo4, under mega and giga regime cycles. In this regard, hourglass-shaped specimens were machined adopting holes with different diameters (0.3 mm, 0.4 mm, 0.5 mm and 0.7 mm) at its center region. These holes behaved as stress concentrations and were defined on the basis of Murakami’s theory, which proposes replacing the largest inclusion existing in the material’s region of analysis for a hole. Subsequently, the specimens were tested under ultrasonic fatigue with a frequency of 20 kHz and a loading ratio of -1. The adopted stress amplitudes were 310 MPa and 330 MPa, which represent values ranging from 34% to 37% of the analyzed materials fracture strength. Most of the experiment was consistent with respect to Murakami s prediction. The results revealed a direct relation between the defect’s size and the material s fatigue life, whereas with the increasing of the hole size, there was a reduction upon the material s fatigue life. All the holes, except for the 0.3 mm one, led to the specimens failure at a high cycle fatigue regime. Finally, fractographic analysis allowed to evaluate the fracture surface, indicating the hole as the cracks initiation site.

MARCOS VENICIUS SOARES PEREIRA

THIAGO ABREU PEREIRA PEIXOTO

2022-07-11

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https://doi.org/10.17771/PUCRio.acad.59912