Influência dos revestimentos de cádmio e liga zinco-níquel em atuadores roscados ASTM A320 submetidos a esforço cíclico em ambiente corrosivo - Santos, Jefferson Rodrigo Marcelino dos (2021)
Para tornar viável a aplicação de aço carbono em ambiente marítmo se faz necessário protegê-lo contra a corrosão e um dos métodos utilizados é a aplicação do cádmio eletrodepositado, entretanto, o cádmio é um elemento tóxico, que causa sérios problemas respiratórios e inclusive câncer. O objetivo dessa pesquisa foi investigar a aplicação de uma liga Zn-Ni em tirante fabricado em aço AISI 4140 sob ótica da resistência à fadiga axial e corrosão, com objetivo de fornecer informações que ajudem na substituição do Cd, atualmente utilizado na indústria nacional submarina de Óleo & Gás. Foram avaliados, tanto experimentalmente, como utilizando método de elementos finitos, três tipos de corpos de prova, sendo denominados: “padrão”, em conformidade com ASTM E466-2015, “especial”, similar ao padrão, porém, com rosca 1/4" UNC-20 FPP em sua região central e “tirantes”, com rosca 1/4" UNC-20 FPP. Ensaios de fadiga axial, em temperatura ambiente, com frequência 20 Hz e razão de carga R=0,1 mostraram que o corpo de prova “padrão” tiveram aumento em vida nas condições com recobrimento, tanto com Cd quanto com liga Zn-Ni, devido à tensão compressiva gerada pelo processo de eletrodeposição. No comparativo entre corpo de prova “padrão” e “tirante”, os resultados mostraram, para nível de tensão máxima nominal 750 MPa, vida em fadiga 83,7% inferior para os tirantes, saltando para 95,4% para nível de tensão 650 MPa, mostrando que para baixos níveis de tensão, o estágio de nucleação da trinca em um corpo de prova padrão é mais lento. Com o aumento da tensão, foi observado redução da influência do fator concentrador de tensão, porém, mantendo significativa influência. No comparativo entre os corpos de prova roscados (especial e tirantes), os resultados experimentais mostraram que o recobrimento não afetou a vida em fadiga, mostrando que o efeito do concentrador de tensão, gerado pela geometria da rosca, é muito superior à influência do processo de eletrodeposição. Tal fenômeno também foi comprovado através da análise das fraturas em MEV, onde todos os corpos de prova com rosca tiveram nucleação de trinca na superfície. No comparativo entre os tirantes e corpo de prova especial, os resultados experimentais mostraram que os tirantes tiveram redução em vida na ordem de 58% e o motivo foi a influência do contato na interface porca/parafuso, gerando acréscimo nos níveis das tensões de cisalhamento e flexão, observados nas análises em elementos finitos. Foi utilizada abordagem pela mecânica da fratura linear elástica, utilizando modelo de Buchalet-Bamford, que se mostrou válida, pois à medida em que o nível da tensão máxima nominal foi elevado, a vida em fadiga dos tirantes se aproximou do obtido experimentalmente, apresentando redução na vida útil calculada na ordem de 58,3% para nível de tensão máxima nominal de 680 MPa e 65,8% para nível de tensão máxima nominal 440 MPa, mostrando que o período para nucleação da trinca reduz com o acréscimo do nível de tensão. O ensaio de salt-spray não apresentou nenhum produto de corrosão vermelha dentro do período de 1008 horas, possibilitando concluir que a substituição do recobrimento de Cd por liga Zn-Ni também é viável do ponto de vista de resistência à corrosão.