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.