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Title: Efeito da pré-deformação e Shot Peening na tenacidade à fratura e propagação de trinca por fadiga da liga de alumínio 7475-T7351, de aplicação aeronáutica.
Authors: Barroso, Emerson Kellem Lana
metadata.dc.contributor.advisor: Godefroid, Leonardo Barbosa
Keywords: Tenacidade à fratura
Issue Date: 2004
Citation: BARROSO, Emerson Kellem Lana. Efeito da pré-deformação e Shot Peening na tenacidade à fratura e propagação de trinca por fadiga da liga de alumínio 7475-T7351, de aplicação aeronáutica. 2004. 124f. Dissertação (Mestrado em Engenharia de Materiais) – Universidade Federal de Ouro Preto, Ouro Preto, 2004.
Abstract: As ligas de alumínio são largamente utilizadas em projetos aeronáuticos em função da boa resistência mecânica associada com sua baixa densidade. Dentre elas, a liga 7475-T7351 é utilizada devido ao seu bom comportamento em termos de propagação de trinca de fadiga e seus elevados valores de tenacidade à fratura. Os efeitos da pré-deformação e shot peening na propagação de trinca por fadiga e tenacidade à fratura dessa liga foram investigados. Ensaios com amplitude constante foram realizados para duas razões de tensão R objetivando também mostrar os efeitos dessa variável no comportamento do material. Os resultados mostram que, tanto a resistência à propagação de trinca de fadiga quanto a tenacidade à fratura do material, diminuem na medida em que se aumenta a quantidade de pré-deformação. O mesmo efeito é observado para o aumento da razão de tensão R. Por outro lado, o tratamento por shot peening mostrou ser efetivo para a melhoria das características estudadas. Em relação à propagação de trinca, os efeitos da pré-deformação e do shot peening foram mais pronunciados para a região do limiar ΔKth. Apesar da diferença do comportamento para essas condições, não foi observada mudança significativa na microestrutura do material. O material apresentou fratura dúctil típica das ligas de alumínio, com alvéolos associados com inclusões, algumas vezes fraturadas por deformação. A propagação da trinca de fadiga ocorreu de forma transgranular em toda a extensão do corpo-de-prova, apresentando bifurcação para velocidades de propagação correspondentes à região linear da curva da/dN x ΔK, e aspecto mais plano na região do limiar ΔKth. Na região do limiar ΔKth a superfície de fratura apresentou platôs alongados e, na região de transição, a superfície de fratura foi mais plana, com o aparecimento de estrias de fadiga e bifurcações de trincas. A região superficial da amostra tratada por shot peening apresentou um típico travamento de trincas por tensões compressivas. Os modelos de Paris-Erdogan e Collipriest foram empregados e os resultados experimentais mostraram uma boa concordância com os mesmos. A aplicação do modelo de Collipriest confirma a sua relevância, principalmente quando reduções de peso e de custos são considerações importantes de projeto. Além disso, os valores ΔKth encontrados mostraram grande concordância com o mesmo. Este modelo também apresenta uma característica menos conservativa par a região do limiar ΔKth, em relação ao modelo de Paris-Erdogan, no entanto sem comprometer os aspectos de segurança. Além disso, o modelo de Collipriest apresenta recursos matemáticos para ajustar os dados com grande confiabilidade. ____________________________________________________________________________________
ABSTRACT: Aluminum alloys are widely used in aeronautical designs due to their good mechanical strength associated with low-density values. Among them, the 7475-T7351 alloy is used due to its good fatigue crack propagation behavior and high fracture toughness values. The effects of pre-strain and shot peening on the fatigue crack propagation and fracture toughness of this alloy were investigated. Constant amplitude tests were also performed for two stress ratio in order to show the effects of this variable on the material behavior. The results show that both fatigue crack propagation resistance and fracture toughness decrease when the pre-strain is increased. The same effect is observed with the increasing of stress ratio R. On the other hand, shot peening treatment showed to be effective to improve the characteristics evaluated. Regarding the crack propagation, the effects of pre-strain and shot peening were more pronounced for the ΔKth region. In spite of the differences in the behavior for this condition, it was not observed significant change in the microstructure of material. The material presented typical ductile fracture of aluminum alloys, with dimples associated with inclusions, sometimes fractured by deformation. The fatigue crack propagation was transgranular in the whole extension of specimen, showing bifurcation to propagation in rates corresponding to the region of linear propagation in the da/dN curve, and also more flat aspect in the ΔKth region. At the ΔKth region, the fracture surface presented elongated plateaux and at the transition region the fracture was more plane, with the emergence of fatigue striation and crack bifurcation. The superficial region of specimen treated by shot peening presented a typical crack restrain by compressive stresses. Paris-Erdogan and Collipriest models were used and the experimental results showed a good agreement with them. The use of the Collipriest model confirms its relevance to aeronautical designs, mainly when weight and costs reduction are important design considerations. Beside that, the values of ΔKth found showed a good agreement with the model. This model also presents a less conservative characteristic at ΔKth region, in relation to the Paris-Erdogan model, however without jeopardizing the safety aspects. Furthermore, the Collipriest model presents mathematical resources to adjust data with high reliability.
Description: Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Materiais. Rede Temática em Engenharia de Materiais, Pró-Reitoria de Pesquisa e Pós-Graduação, Universidade Federal de Ouro Preto.
URI: http://www.repositorio.ufop.br/handle/123456789/6360
metadata.dc.rights.license: Open access.
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