Modelagem matemática e estatística do percentual da área da região de início de fratura (RIF) através do ensaio de Charpy instrumentado

• Ano de defesa: 2022
• Autor(a) principal: Costa, Nelson de Freitas
• Orientador(a): Reguly, Afonso
• Tipo de documento: Dissertação
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Palavras-chave em Português: Mecânica da fratura; Ensaios de impacto; Simulações numéricas
• Palavras-chave em Inglês: Ductile-to-brittle transition range; FIR; Instrumented Charpy; Modeling
• Link de acesso: http://hdl.handle.net/10183/251688

O entendimento da fratura que ocorre na região de transição dúctil-frágil nos aços é de extrema importância para a engenharia. Como nem sempre é possível operar nas condições que refletem o patamar superior da curva de transição dúctil-frágil, torna-se importante a compreensão da região que precede esse patamar, onde ocorre um modo misto de fratura, em que há competição entre o modo de fratura dúctil e de fratura instável. Entender a etapa inicial de fratura (RIF) é importante para melhor compreender os fenômenos que levam à fratura catastrófica. A possibilidade de quantificar a RIF através de ensaio rápido e de baixo custo, utilizado em rotina industrial, pode tornar o processo de seleção de materiais em projetos mais ágil e reduzir os custos associados à experimentação. O objetivo desse trabalho foi propor um modelo matemático e um modelo estatístico que permitissem estimar o percentual da área da RIF através dos resultados obtidos no ensaio de Charpy instrumentado, assim como já é realizada para a estimativa do porcentual da área de fratura por cisalhamento (%SFA). Foram realizados 51 ensaios de Charpy instrumentado em corpos de prova do tipo CVN na temperatura de -20°C. O material testado foi o aço Grau R4, utilizado na produção de elos para correntes marítimas que, entre outras especificações, precisa absorver no mínimo 50J de energia em ensaio de impacto Charpy após tratamento térmico de têmpera e revenimento. O material tem estrutura cúbica de corpo centrado (CCC) e, como característica dessa estrutura cristalina, apresenta região de transição dúctil-frágil, o que permite a observação da RIF na superfície de fratura do corpo de prova fraturado. Para o modelamento estatístico foi utilizada regressão linear por mínimos quadráticos ordinários, aplicando-se uma metodologia de três passos: avaliação da correlação das variáveis explicativas com a RIF; seleção de variáveis de acordo com a significância estatística; validação do modelo. Já o modelamento matemático foi conduzido sob a mesma metodologia utilizada pelos estudos que propuseram estimativas da SFA. Ambos os modelos puderam ser considerados válidos, uma vez que não apresentaram tendência nos resíduos e obtiveram boa aderência em comparação aos valores observados. Os erros padrões associados foram de 2,5% para o modelo matemático e 1,7% para o modelo estatístico, sendo esse último com coeficiente de determinação (R2) de 0,91 e variáveis explicativas com fator de inflação de variância (VIF) menor que 2. Dessa forma, observou-se que o desenvolvimento do ensaio de Charpy instrumentado, juntamente com a análise da superfície de fratura, permitiu alcançar o objetivo de estimar o percentual de área da RIF. O trabalho desenvolvido demostra as possibilidades de avanço no conhecimento da fratura de materiais que podem ainda ser obtidas através de um ensaio centenário e relativamente simples, aplicando tecnologia atual na obtenção e análise de dados. Ainda, contribui com o conhecimento sobre uma região de fratura com comportamento pouco discutida na literatura.