Title

EFEITOS DE RESFRIAMENTOS FORÇADOS NAS PROPRIEDADES MECÂNICAS CONVENCIONAIS E À FRATURA DE FERROS FUNDIDOS CINZENTOS

EFFECTS OF THERMAL SHOCKING ON MECHANICAL PROPERTIES (CONVENTIONAL AND AGAINST FRACTURE) OF GREY CAST IRONS

Authorship

Orlando, Pedro Humberto Gândara; Donato, Gustavo Henrique Bolognesi

Orlando, Pedro Humberto Gândara

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Donato, Gustavo Henrique Bolognesi

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DOI

10.5151/2594-5327-21147

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Abstract

Ferros fundidos cinzentos são amplamente utilizados na fabricação de componentes como blocos de motor, discos de freio, entre outros. Entretanto, apresentam reduzidas ductilidade e tenacidade à fratura, o que exige acurados protocolos de projeto e avaliação de integridade. Estas propriedades podem ainda sofrer reduções expressivas quando componentes sofrem choques térmicos, com a nucleação de trincas térmicas e/ou transformações metalúrgicas envolvendo a formação de fases frágeis como martensita, acarretando falhas catastróficas e perda de segurança. Objetivando um melhor entendimento de tais fenômenos, este trabalho investiga a resistência mecânica de uma liga comercial em condições original e após resfriamento simulado. Para a simulação de uma condição crítica real, dois lotes de amostras foram retiradas de discos de freio rodoviários de grande porte. Um lote foi submetido a um ciclo de aquecimento (> 800ºC, campo austenítico) e rápido resfriamento em água. Foram realizadas metalografias, ensaios Charpy, de Tração e de fratura C(T). Os resultados evidenciam severa redução de propriedades mecânicas e a redução na tolerância à presença de defeitos.

Grey cast irons are commonly employed for the design of engine blocks, brake discs, among many other mechanical components. However, they usually present low ductility and fracture toughness, which demand accurate protocols for design and structural integrity assessment. These properties can be additionally reduced if they are submitted to thermal shocking, leading to cracks nucleation or metallurgical transformations inducing brittle phases (e.g. Martensite) and therefore catastrophic failures. To better understand these phenomena and prevent catastrophic failures, this work investigates the mechanical behavior of a commercial grey cast iron in as-cast and thermal-shocked conditions. Samples were obtained from brake discs employed in heavy vehicles. Selected specimens were heated (> 800ºC, austenitic field) and quickly cooled in water to simulate critical operational conditions reported by the literature. Metallographic analyses, Charpy, tensile and fracture mechanics tests were carried out. Results reveal a remarkable loss of mechanical properties and decreased defect tolerance.

Keywords

Ferros fundidos cinzentos; Choque térmico; Tenacidade à fratura.

Grey cast irons; Thermal shocking; Fracture toughness.