Fadiga multiaxial de aços de alta resistência contendo pequenos defeitos : modelagem e testes

Abstract

Pequenos defeitos e condições de tensão multiaxial são comuns em componentes reais de engenharia, mas o impacto combinado desses elementos sobre a resistência à fadiga ainda foi pouco investigado na literatura. Este estudo em sua primeira parte tem como objetivo investigar o comportamento de fadiga de alto ciclo do aço AISI 4140, considerando tanto as inclusões não metálicas inerentes quanto microfuros superficiais introduzidos artificialmente. Foram realizados testes de fadiga axial/torcional sob carregamento em fase e fora de fase, com proporções variáveis de amplitudes de tensão normal e de cisalhamento. A análise microscópica dos espécimes que falharam revelou que a formação de trincas é dominada predominantemente pelas tensões de tração na maioria das condições de carregamento. Previsões de resistência à fadiga foram feitas com base em um critério de plano crítico que usa o parâmetro √área, demonstrando precisão suficiente para aplicações de engenharia e correlacionando com sucesso a direção das trincas. Além disso, nas partes seguintes desse estudo, é apresentado e avaliado um novo modelo de fadiga multiaxial para materiais metálicos que contêm pequenos defeitos. Este modelo correlaciona o limite de fadiga uniaxial obtido a partir do parâmetro √área, de um aço de alta resistência contendo pequeno defeito, com valores associados à amplitude das tensões principais, cujo cálculo para carregamentos não proporcionais não é trivial. O desempenho do modelo foi validado com dados experimentais dos aços AISI 4140 e 4340 sob várias condições de carregamento, incluindo espécimes apenas com seus defeitos naturais e espécimes com microfuro superficial. O modelo proposto forneceu estimativas de resistência à fadiga satisfatórias, com uma calibração simples, rápida e econômica o que é de grande interesse para fins de cálculos de engenharia.