Título

OCORRÊNCIAS DE TRINCAS DE FADIGA TÉRMICA E SUAS RELAÇÕES COM OXIDAÇÃO

OCCURRANCE OF THERMAL FATIGUE CRACKS AND THEIR RELATION WITH OXIDATION

Autoria

Braga, Ana Paola Villalva; Lima, Luiz Gustavo Del Bianchi da Silva

DOI

10.5151/1516-392X-31730

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Resumo

Fadiga térmica é um modo de fadiga por aplicação cíclica de tensões de origem térmica, devido a contrações e dilatações térmicas do material. Componentes sujeitos a fadiga térmica são, na maior parte, partes de motores a combustão ou ferramentas da indústria de conformação mecânica a quente, que são componentes que também estão submetidos a ambientes oxidantes. Embora a literatura disponível sobre conformação mecânica disponha de grande número de trabalhos relacionados à fadiga térmica em cilindros de laminação a quente, poucos autores abordam como esse tipo de dano é influenciado por algumas características do processo - em especial a oxidação. Este trabalho volta a atenção para ensaios laboratoriais de fadiga térmica e para cilindros de laminação de tiras a quente. Variaram-se, além das condições de ciclagem térmica e atmosfera, a microestrutura do aço ferramenta. Puderam ser observadas três formações distintas de trincas, formadas em estágios diferentes da evolução do dano de fadiga térmica. Através do acompanhamento do fenômeno desde o início da sua formação até o dano da ferramenta propriamente dito, foi possível constatar que o surgimento de trincas de fadiga térmica inicia-se em pontos de concentração de tensões na superfície, que podem ser carbonetos primários, interfaces ou pontos de oxidação preferencial, que geram regiões mais susceptíveis a falha durante a etapa de resfriamento da ferramenta. Resultados de modelamento matemático em escala microscópica confirmaram os efeitos concentradores de tensões causados por entalhes na superfície, tanto na presença quanto na ausência de óxidos preenchendo as cavidades dos entalhes.

 

Thermal fatigue is a mode of fatigue by cyclical application of thermal stresses due to thermal contractions and expansions of the material. Components subject to thermal fatigue are mostly parts of combustion engines or tools for the hot forming industry, which are components that are also subjected to oxidizing environments. Although the available literature on metal forming has a large number of works related to thermal fatigue in hot rolling rolls, few authors discuss how this type of damage is influenced by some characteristics of the process - specially the oxidation. This paper draws attention to thermal fatigue laboratory tests and to hot strip rolling rolls. In addition to the thermal cycling and atmospheric conditions, the microstructure of the tool steel was varied. Three distinct formations of cracks could be observed, formed at different stages of the evolution of thermal fatigue damage. Through the monitoring of the phenomenon from the beginning of its formation to the damage of the tool itself, it was possible to verify that the appearance of thermal fatigue cracks starts at points of surface stress risers, such as primary carbides, interfaces or preferential oxidation spots, which generate regions more susceptible to failure during the tool cooling step. Results of mathematical modeling on microscopic scale confirmed the stress rising effects caused by notches on the surface, both in the presence and absence of oxides filling the cavities.

Palavras-chave

Fadiga térmica; Laminação; Oxidação; Aço ferramenta

Thermal fatigue; Rolling; Oxidation; Tool steel