Title

DESEMPENHO MECÂNICO DE TRÊS LIGAS ESTRUTURAIS AERONÁUTICAS SOB IMPACTO CHARPY

MECHANICAL PERFOMANCE OF THREE AERONAUTICAL GRADE ALLOYS UNDER CHARPY IMPACT TESTING

Authorship

Toti, Francisco de A.; Gregui, Ricardo G.; Milan, Marcelo T.; Filho, Waldek W. Bose; Spinelli, D.; Tarpani, José R.

DOI

10.5151/2594-5327-0265

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Abstract

Materiais utilizados na indústria de construção aeronáutica devem apresentar elevadas propriedades mecânicas, em especial resistência à tração e à fadiga, rigidez e tenacidade sob condições quase- estática e dinâmica, aliadas preferencialmente a uma baixa densidade ou massa específica, de modo a que proporcionem à aeronave uma eficiência adequada em vôo. Por exemplo, ligas de alumínio, de titânio e aços inoxidáveis endurecíveis por precipitação são freqüentemente concorrentes entre si (à exceção do par alumínio-aço), dependendo da aplicação em serviço, quando a temperatura de uso freqüentemente define a melhor opção no processo de seleção de materiais. No presente trabalho, estas três ligas metálicas estruturais são caracterizadas através de ensaios de impacto Charpy instrumentado em espécimes pré-trincados, e a tenacidade total ao impacto, bem como as suas correspondentes parcelas de iniciação e propagação do trincamento são respectivamente utilizadas como critérios de ranqueamento dos materiais para um máximo desempenho em serviço, considerando, ou não, as respectivas densidades. Concluiu-se que, caso a densidade dos materiais não seja considerada, o aço PH15-5 sempre apresenta, de longe, o melhor desempenho (absoluto), tanto à temperatura ambiente como a 400

 

Structural materials employed in the aeronautical industry must present high mechanical properties, viz. monotonic tensile and fatigue strengths, stiffness, as well as toughness under both quasi-static and dynamic conditions. Moreover, aeronautical grade materials must preferentially exhibit low density in order to perform efficiently in flight. For instance, aluminum and titanium alloys and precipitation hardening (PH) stainless steels are typical candidates, often concurrent metallic materials for aircraft construction, and the operational temperature plays a determinant role in the materials selection. In the present work, these three structural alloys were characterized through instrumented Charpy impact testing of pre-cracked specimens at room temperature and/or 400oC. Impact toughness values associated to crack initiation and crack propagation stages, as well as to the overall fracture process, were employed as ranking criteria for maximum in-service performance of the materials, either considering or not their respective densities. It has been concluded that, if density is not taken in account, the PH steel exhibits by far the best results, followed by titanium and aluminum alloys, respectively. However, when density is accounted for (i.e., specific toughness values) the aluminum alloy is at least as good as the titanium alloy at room temperature, whereas at 400oC, the latter alloy displayed a specific performance similar or even better than the PH steel.

Keywords

Fratura dinâmica; Impacto Charpy instrumentado; Ligas estruturais aeronáuticas; Propriedades específicas.

Aeronautical grade alloys; Dynamic fracture; Instrumented Charpy impact testing; Specific properties.