Title

DO NÓDULO À RUPTURA: UMA ANÁLISE 2D DA MICROESTRUTURA E SEU IMPACTO NO COMPORTAMENTO MECÂNICO DO FERRO FUNDIDO NODULAR

FROM NODULE TO FRACTURE: A 2D MICROSTRUCTURAL ANALYSIS AND ITS IMPACT ON THE MECHANICAL BEHAVIOR OF DUCTILE CAST IRON.

Authorship

MACHADO, NATANIA KAROLINE DA VITORIA; JALES, ERIVALDO SANTOS; BORTOLETO, ELEIR MUNDIM

MACHADO, NATANIA KAROLINE DA VITORIA

I am this author

JALES, ERIVALDO SANTOS

I am this author

BORTOLETO, ELEIR MUNDIM

I am this author

DOI

10.5151/2594-4711-42754

Downloads

Abstract

Os sistemas de fixação ferroviária desempenham papel relevante na estabilidade e segurança da via permanente, pois fixam os trilhos aos dormentes garantindo a transmissão adequada dos esforços mecânicos gerados pelo tráfego ferroviário. Esses sistemas são compostos por componentes como grampos, parafusos, placas de base, isoladores e ombreiras. As ombreiras ferroviárias, em particular, têm a função de ancorar o grampo elástico à placa de base ou diretamente ao dormente. Normalmente fabricadas em ferro fundido nodular, as ombreiras têm suas propriedades mecânicas diretamente condicionadas pela microestrutura do material, especialmente pela morfologia dos nódulos de grafita. Neste trabalho foram realizadas atividades de caracterização microestrutural, físico-química e mecânica de amostras fornecidas por concessionárias ferroviárias, com destaque para a composição química, morfologia dos nódulos de grafita e propriedades mecânicas obtidas por ensaios normatizados. Além disso, foi realizada a análise da superfície de fratura de ombreiras que apresentaram falha em serviço, com o objetivo de identificar os mecanismos de fratura envolvidos. Como complemento à análise experimental, foram realizadas simulações numéricas pelo Método dos Elementos Finitos (MEF), com modelos bidimensionais construídos a partir de imagens reais das microestruturas avaliadas. Os resultados obtidos possibilitam correlacionar a composição do ferro fundido nodular, sua microestrutura e seu desempenho mecânico.

RAIL FASTENING SYSTEMS PLAY A CRUCIAL ROLE IN THE STABILITY AND SAFETY OF THE PERMANENT WAY, AS THEY SECURE THE RAILS TO THE SLEEPERS, ENSURING THE PROPER TRANSMISSION OF MECHANICAL FORCES GENERATED BY RAILWAY TRAFFIC. THESE SYSTEMS ARE COMPOSED OF COMPONENTS SUCH AS CLIPS, BOLTS, BASE PLATES, INSULATORS, AND SHOULDERS. THE SHOULDERS, IN PARTICULAR, SERVE TO ANCHOR THE ELASTIC CLIP TO THE BASE PLATE OR DIRECTLY TO THE SLEEPER. TYPICALLY MADE OF DUCTILE CAST IRON, THE MECHANICAL PROPERTIES OF THE SHOULDERS ARE DIRECTLY INFLUENCED BY THE MATERIAL'S MICROSTRUCTURE, ESPECIALLY THE MORPHOLOGY OF THE GRAPHITE NODULES. IN THIS STUDY, MICROSTRUCTURAL, PHYSICOCHEMICAL, AND MECHANICAL CHARACTERIZATION ACTIVITIES WERE CARRIED OUT ON SAMPLES PROVIDED BY RAILWAY OPERATORS, WITH EMPHASIS ON CHEMICAL COMPOSITION, GRAPHITE NODULE MORPHOLOGY, AND MECHANICAL PROPERTIES OBTAINED THROUGH STANDARDIZED TESTS. ADDITIONALLY, FRACTURE SURFACE ANALYSIS WAS PERFORMED ON SHOULDERS THAT FAILED IN SERVICE, AIMING TO IDENTIFY THE FRACTURE MECHANISMS INVOLVED. AS A COMPLEMENT TO THE EXPERIMENTAL ANALYSIS, NUMERICAL SIMULATIONS WERE CONDUCTED USING THE FINITE ELEMENT METHOD (FEM), WITH TWO-DIMENSIONAL MODELS BUILT FROM ACTUAL IMAGES OF THE EVALUATED MICROSTRUCTURES. THE RESULTS OBTAINED ALLOW FOR THE ESTABLISHMENT OF CORRELATIONS BETWEEN COMPOSITION, MICROSTRUCTURE, AND MECHANICAL PERFORMANCE.

Keywords

Ferro fundido nodular, Ombreira ferroviária, MEF, Modelagem de microestrutura.