Utilização da análise de Weibull na comparação da resistência à fadiga de contato de um aço ferramenta fabricado com e sem conformação mecânica após a
fundição
IC: Felipe Carneiro da SilvaMSc. Julio C. K. das NevesEng. Claudio E. R. dos Santos.Prof. Dr. Amilton Sinatora
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Objetivo
O objetivo deste trabalho é, através da análise de Weibull, comparar a resistência à fadiga de contato de um aço ferramenta fabricado com e sem conformação mecânica após a fundição.
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Introdução
Fadiga de contato : fenômeno que se caracteriza pelo lascamento de uma parte do material que sofreu durante certo tempo esforços contínuos.
Análise de Weibull : prediz de acordo com certa probabilidade qual será o número de ciclos de um material para ocorrer sua falha.
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Materiais e métodos
Foi utilizada uma máquina de fadiga de contato que opera na configuração esfera-contra-plano
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Materiais e métodos
Desenho da máquina
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Materiais e métodos
2 lotes de aço: 1 lote com 8 cp’s aço ferramenta trabalho a
quente série H fundido e forjado 1 lote com 3 cp’s aço ferramenta trabalho a
quente série H apenas fundido Temperados e revenidos Dureza 57 HRc
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Materiais e métodos
Corpos-de-prova tipo arruela, com 28 mm de diâmetro interno,
52 mm de diâmetro externo e aproximadamente 6mm de espessura; dureza 57 HRc
Contra-corpos (esferas) de 7,938 mm aço ABNT 52100.
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Materiais e métodos
Óleo SAE 90 Freqüência carregamento 46 Hz Pressão média contato 3,2 GPa Carga 2100 N 3 esferas =
700 N para cada
Parâmetros de ensaio
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Materiais e métodos
Raio de contato (a) é de 7,938 segundo teoria contato Hertz :
3
1
*4
3
E
wra
2
22
1
21 11
*
1
EEE
W cargaR raio esfera E* módulo elasticidade
coeficiente PoissonE1 módulo elasticidade material 1E2 módulo elasticidade material 2
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Materiais e métodos
Distribuição de Weibull Porcentagem de falha em função do número
de ciclos que cada amostra apresentou até o término do ensaio (2 lotes), calculada organizando-se uma tabela de amostras de acordo com a ordem de falhas.
Método gráfico ( Papel probabilístico de Weibull=PPW) ou método numérico.
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Materiais e métodos
Grau médio (= porcentagem falhas):
4,0
3,0
n
j
PPW
j número ordem de falhan quantidade de amostras
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Materiais e métodos
Método numérico
t
F exp1 Probabilidade de falha
• 2 parâmetros : forma (β) e escala (η)• t: “vida” cada amostra
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Materiais e métodos
Parâmetro forma
n
iin
ii
n
ii
tn
t
tt
1
1
1 ln11
ln
n número amostrasti é o número final de ciclos de todas as amostras no ensaioquanto maior β, menor a dispersão dos resultados
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Materiais e métodos
Parâmetro escala
1
1
n
i
i
n
t
η é a vida característica, onde 63,2% das amostras falham com essa vida.
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Resultados
Aço fundido e forjado Aço fundido
15.000.000 165.970
23.500.000 503.497
9.200.000 318.958
17.000.000 x
13.300.000 x
15.000.000 x
16.000.000 x
27.400.000 x
Vida cp´s
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Resultados
Mecanismo de falha
Trilha rolamento de um aço ferramenta fundido e forjado (17 milhões)
Trilha de rolamento de um aço ferramenta fundido (503.497)
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Resultados
• β aço fundido forjado 3,35• β aço fundido 2,6• η aço fundido forjado 19 milhões ciclos• η aço fundido 370.000 ciclos
t
F exp1
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Conclusões
Materiais apresentaram mesmo mecanismo de falha apesar de processos de fabricação diferentes
Aço ferramenta fundido e forjado obteve uma maior resistência à fadiga de contato o que é evidenciado pelo parâmetro η de cada lote, 19 milhões ciclos contra 370.000 ciclos.