Comportamento fractal de superfícies de fadiga em ligas aeronaúticas

Abstract

Fracture surfaces express sequences of events of energy release with crack propagation in metal alloys, the evolution of topographic features can indicate the lines of load action, failures during the use or processing. The quantitative fractography is an important tool in the study of fracture surfaces, because it allows their interpretation and characterization. In order to evaluate the effectiveness of the characterization of fracture surfaces grounded on concepts such as selfsimilarity and self-affinity, it used the 15-5PH steel that was characterized by metallographic and tensile tests. The metallography allows the microstructural characterization of this steel and proved the presence of the martensite phase in the slats form and a fine-grained, both in the radial and in the axial direction of the dowel. The tensile test (ASTM E8) of this material allowed the determination of the mechanical properties, so based on the obtained results it was possible to affirm that the 15-5PH steel has high mechanical properties and a good stretch. Besides, the specimens also underwent testing of crack propagation, standardized by ASTM E647-00, thus it was obtained the fracture surfaces for characterization under monofractal and multifractal approaches. In front of all the exposed it was possible to conclude that in all measurements the correlation between the crack tip position and the fractal dimension was established in accordance with changes in the thickness and in the fracture micromechanisms presents. Furthermore, the multifractal approach was more sensitive to these variations allowing a more detailed characterization of the morphology

Superfícies de fratura expressam sequência de eventos de liberação de energia com a propagação de trincas, em ligas metálicas, a evolução das formações topográficas pode indicar as linhas de ação de carga, falhas de uso ou de processamento. A fractografia quantitativa é uma importante ferramenta no estudo de superfícies de fratura, pois possibilita sua interpretação e caracterização. Com objetivo de avaliar a efetividade da caracterização de superfícies de fratura calcada em conceitos, tais como, auto-similaridade e auto-afinidade, utilizou-se o aço 15-5PH que foi caracterizado através de ensaios metalográfico e de tração. A metalografia permitiu a caracterização microestrutural deste aço que demonstrou a presença da fase martensita em forma de ripas e de uma granulação fina, tanto no sentido radial como no sentido axial do tarugo. O ensaio de tração (ASTM E8) deste material possibilitou a determinação de suas propriedades mecânicas que de um modo geral, com base nos resultados obtidos pode-se afirmar que o aço 15- 5PH além de elevadas propriedades mecânicas possui um bom alongamento. Também foi realizado o ensaio de propagação de trinca, normalizado pela ASTM E647-00, deste modo foram obtidas as superfícies de fratura para caracterização sob as abordagens monofractal e multifractal. Conclui-se que em todas as medidas realizadas a correlação entre a posição da ponta da trinca e a dimensão fractal foi estabelecida de acordo com mudanças na espessura e os micromecanismos de fraturas atuantes. Além disso, a abordagem multifractal se mostrou mais sensível a essas variações permitindo uma caracterização mais detalhada da morfologia