Investigação dos mecanismos de nucleação de trincas de fadiga térmica em um aço ferramenta com carbonetos de nióbio. - Braga, Ana Paola Villalva (2017)
Foram realizados ensaios de fadiga térmica em um aço ferramenta com carbonetos de nióbio, aplicando-se exclusivamente tensões térmicas aos corpos de prova, a partir do controle da temperatura a cada ciclo térmico e da atmosfera a que o corpo de prova foi exposto. O objetivo deste trabalho foi investigar e entender os mecanismos de nucleação de trincas de fadiga térmica e da formação da malha de trincas na superfície em corpos de prova submetidos a ciclos térmicos semelhantes aos sofridos por ferramentas de conformação a quente. Para isso, olhou-se em maiores detalhes para as características da superfície durante os primeiros estágios da formação das trincas e para a microestrutura próxima à superfície. Foram realizados ensaios de oxidação estática, medição do campo de temperaturas, cálculo de tensões por modelamento com elementos finitos e ensaios de fadiga térmica com variação de quatro condições de ensaio: temperatura máxima, velocidade de aquecimento, dureza do material e atmosfera. O dano após os ensaios de fadiga térmica foi avaliado a cada 1000 ciclos em microscópio óptico para medição da densidade de trincas secundárias (de relevância secundária, mas que geralmente surgem primeiro). Após a falha, os corpos de prova foram analisados em seção transversal e por tomografia de raios-X, para caracterização das trincas primárias (de maior relevância). Ao final do trabalho, conclui-se que o estudo de fadiga térmica deve sempre estar associado ao estudo da oxidação do material, para simular as condições de operação normal de ferramentas. Os mecanismos de surgimento de uma malha de trincas secundária, restrita à camada de óxido, e uma malha de trincas primária, que leva o material à falha, são distintos porém relacionados. A formação de malha secundária acelera a nucleação de trincas primárias pelo surgimento de pontos de concentração de tensão e de oxidação preferencial. Os carbonetos de nióbio têm papel importante na nucleação de trincas primárias e secundárias, pela formação de interface e pela concentração de tensões. Todos os parâmetros variados nos ensaios tiveram impacto relevante na evolução do dano de fadiga térmica, sendo que alguns causam efeito na malha secundária e outros influenciam a malha primária e o tempo de vida dos corpos de prova.