İDARİ PARA CEZALARI

A utilização da laminação controlada para fabricação dos aços ARBL tem gerado discussões relacionadas à influência das delaminações (separações) na tenacidade à fratura do material.

Segundo estudos efetuados por Rugierri [47], foi constatada a ocorrência de delaminações durante o ensaio experimental de tenacidade à fratura, para obtenção de curvas J-R do aço API 5L-X70 e X80.

Como os aços API são microligados, eles apresentam, durante o processo de ruptura, separações que correm paralelas à direção de laminação da chapa original e se formam perpendicularmente à direção de solicitação mecânica. Estas separações são chamadas delaminações e acredita-se que a sua ocorrência durante o processo de fratura e rasgamento dúctil seja conseqüência de tensões perpendiculares à direção de propagação de trinca, as quais geram restrição plástica no material à frente da trinca (out-of-plane

constraint) durante o carregamento. Esta tensão

σ

z perpendicular à tensão principal atua

durante o processo de dano, favorecendo ou a clivagem de grãos grandes, ou a fratura– decoesão de interfaces fracas na matriz metálica.

Rugierri [47] observou que as delaminações formam-se na frente de trinca principal em propagação e podem alterar os resultados de curvas J-R, por exemplo, incrementando a tenacidade à fratura do corpo-de-prova em função da diminuição da restrição plástica (“constraint”) na ponta da trinca. As análises por elementos finitos revelaram que uma delaminação provoca uma diminuição da espessura efetiva do corpo-de-prova, produzindo uma perda de restrição plástica na frente da trinca, com a conseqüente alteração da curva J- R aparente.

Tais mecanismos podem ser convenientemente divididos em: a) nucleação de microcavidades resultantes da fratura ou separação de inclusões; b) crescimento subseqüente de microcavidades suficientemente grandes e separadas uma das outras

(microcavidades pequenas e próximas coalescem, formando uma cavidade maior); c) localização de deformações plásticas e d) coalescência final das microcavidades

O modelo mais largamente usado, baseado na teoria dos meios contínuos, foi apresentado por Argon [48]. Ele argumentou que as tensões interfaciais em uma inclusão cilíndrica são aproximadamente iguais à soma das tensões hidrostáticas com as tensões de Von Mises. A tensão que produz a decoesão, σ_C, é definida como uma combinação crítica destas duas tensões na forma:

m e C σ σ σ = + onde:

(

)

(

)

(

)

[

]

2 1 2 2 3 2 3 1 2 2 1 2 1 σ σ σ σ σ σ σe = − + − + − m

σ é a tensão hidrostática definida por:

3 3 2 1

σ

σ

σ

σ

_m = + +

onde

σ

₁,

σ

₂e σ₃são as tensões principais. De acordo com Argon [48], as deformações na nucleação de microcavidades diminuem quando a tensão hidrostática aumenta. Isto significa que a nucleação de microcavidades ocorre mais facilmente em um campo triaxial de tensões trativas.

Um parâmetro usado para avaliar o nível de triaxialidade presente na zona de processo de fratura é o parâmetro h, o qual está definido como a razão entre a tensão hidrostática e a tensão de Von Mises, na forma:

e h h

σ

σ

=

A Figura 4.14 apresenta a variação do parâmetro h em função da posição da trinca (coordenada z), para diferentes valores do raio, compreendidos entre 1 e 5

(

1≤ r≤5

)

. O

parâmetro h é computado para os dois modelos (com e sem delaminação).

(4.2)

(4.3)

(4.4)

Figura 4.14 – Representação esquemática da variação de h em função da trinca [47]. No caso sem delaminação (linha cheia), pode-se observar que o parâmetro h diminui a valores quase nulos nas bordas livres do corpo-de-prova e o seu máximo está no centro para todos os valores do raio (adimensional) r. A situação muda quando a delaminação é introduzida no modelo (linha tracejada). Neste caso, o parâmetro h diminui a valores quase nulos nas bordas do modelo e também diminui, consideravelmente, no centro do corpo-de-prova (para todos os valores de r). Para este mesmo caso, o valor do parâmetro h em nenhum ponto da espessura do corpo-de-prova atinge valores iguais ou maiores aos valores máximos do modelo sem delaminação. Isto revela a considerável perda de triaxilidade causada pela delaminação central.

A ocorrência de delaminação do tipo clivagem está relacionada à textura cristalográfica do material. Tal textura aparece em aços API microligados que sofrem grandes deformações plásticas, durante a laminação controlada, conduzida em temperatura abaixo da Ar₃ e se caracteriza pela orientação preferencial de determinados planos

cristalográficos em relação à direção de máxima formação, gerando anisotropia no material.

O outro tipo de delaminação é aquela formada a partir de inclusões não metálicas alongadas presentes no material, por exemplo, sulfetos de manganês. Este tipo de

delaminação é incomum nos aços ARBL, já que as inclusões estão bastante reduzidas, segundo Hippert [8].

A morfologia das delaminações pode variar em função do modo de carregamento, da temperatura e do estado de tensões atuante. Corpos-de-prova retangulares sob tração uniaxial, por exemplo, frequentemente exibem uma única delaminação central, ao passo que corpos-de-prova de impacto Charpy (pode ser estendido a corpos-de-prova da Mecânica de Fratura) podem exibir um sistema de delaminações paralelas de diferentes níveis. A delaminação mais profunda forma-se no centro do corpo-de-prova, na região de meia espessura, dividindo o volume do material próximo à fratura em duas partes.

Segundo Rugierri [47], Thoulow, Faucher e Dogan estudaram as fraturas em aços produzidos por laminação controlada contendo delaminações. Associaram as dificuldades experimentais encontradas durante a medição do crescimento dúctil de trincas à forma irregular da frente de trinca provocada pela presença de delaminações e ressaltaram que as delaminações são mais freqüentes em corpos-de-prova obtidos na direção T-L, se comparadas com a direção L-T.

Segundo observações efetuadas, o emprego da técnica de resfriamento acelerado e a obtenção de microestruturas aciculares e bainíticas parecem ser a alternativa que produz menores ocorrências de delaminações durante a fratura e melhores propriedades mecânicas [52-54].

Ruggieri [47] concluiu que:

• O surgimento de uma delaminação gera superfícies livres na metade da espessura do corpo-de-prova, o que causa uma diminuição da espessura efetiva do corpo-de-prova. Isto produz uma considerável perda de triaxialidade de tensões na zona da frente da trinca e esta perda é quantificada pelo parâmetro h .

• O surgimento de uma delaminação central diminui a zona microestruturalmente ativa o que requer maiores valores de carregamento para que a trinca propague.

O comportamento esperado do material com e sem delaminação pode ser visto esquematicamente na figura. 4.15 [47].

Figura 4.15 – Esquema ilustrando a variação da tenacidade em função da existência ou não da delaminação.

Observa-se que, além de certa espessura BD, a delaminação irá ocorrer no material.

Para uma espessura menor do que B_D não existem delaminações.

O fenômeno de separações foi estudado também por Silva e Silva [49], sob o ponto de vista de seus efeitos sobre a tenacidade de um aço microligado ao V e Nb, produzido por laminação controlada com baixa temperatura de acabamento. Definiu-se um novo parâmetro δSep. A sua influência macroscópica é a de diminuir a tenacidade, medida

segundo o ensaio de COD. A causa básica do aparecimento de separações é a laminação controlada com baixas temperaturas de acabamento, a qual introduz no material uma anisotropia microestrutural que causa o enfraquecimento planar na direção da espessura, resultando no abaixamento da resistência à fratura nesta direção.

As separações formam-se na frente da trinca principal em avanço e podem alterar os micromecanismos de fratura, de frágil para dúctil. Sua influencia macroscópica é a de diminuir a tenacidade, medida segundo o ensaio de COD.

Os ensaios com controle de deslocamento, segundo estudos anteriores, indicam ser este o método mais adequado para detectar-se a formação de separações durante o ensaio.

B0 BD BS B

Com delaminação

Deformação plana J1C

A Figura 4.16 mostra esquematicamente os diferentes tipos de registros P x A (carga x deslocamento) encontrados em corpos-de-prova que apresentaram superfícies de fratura com separações.

Figura 4.16 – Tipos de registros gráficos P x A para corpos-de-prova que apresentaram separações.

Nos registros do tipo1, a ocorrência da separação coincide com a obtenção da carga máxima durante o ensaio. Neste caso, a formação da separação pode ou não coincidir com a iniciação da propagação da trinca. Em ambos os casos o aspecto das superfícies resultantes difere do observado em aços sem separações. Esta é uma situação não prevista em norma, não sendo possível empregarem-se quaisquer dos valores críticos de COD recomendados por esta

(

δC,δU,δm

)

. Devido a isto, introduziu-se um novo parâmetro de

COD; δSep, definido como o deslocamento da abertura da trinca, no instante de formação

da primeira separação. A súbita relaxação de tensões na formação da separação reflete-se no gráfico P x A, como uma perda brusca de carga, determinando assim os valores críticos e a partir daí é calculado o COD. Os valores críticos não são associados à obtenção da tensão crítica, podendo ser devido apenas à relaxação devido ao aparecimento da separação.

Em registro do tipo 02, a carga máxima é alcançada após a ocorrência da separação. Neste caso, considerando-se apenas o aspecto da curva P x A (deslocamento x COD), segundo a Norma, o valor crítico de COD a ser usado é δC, calculado a partir dos valores

da ocorrência de propagação instável (“pop-in”). As separações ocorrem sistematicamente numa dada faixa de temperatura, apresentando características de ocorrências bem definidas.

Nos registros do tipo 03, a carga máxima é atingida antes da ocorrência da separação. Neste caso o material já se encontra na região de comportamento completamente dúctil e as separações já não exercem qualquer influência sobre o COD.

A ocorrência da separação altera o estado de tensões presentes no corpo-de-prova, afetando o modo de propagação da pré-trinca por fadiga. A Figura 4.17 ilustra esquematicamente os diferentes tipos de superfícies de fratura observada, quando da ocorrência de separações.

Figura 4.17 – Tipos de registros gráficos P x A para corpos-de-prova que apresentaram separações [31].

As fraturas do tipo 1 ocorrem às mais baixas temperaturas de ensaio, quando a formação da separação coincide com a iniciação do crescimento instável da pré-trinca.

As fraturas do tipo 2 e 3 ocorrem na região de transição. No tipo 2, o surgimento da separação determina a ocorrência do crescimento estável, numa fratura que, na ausência da

separação, deveria ser totalmente frágil. Neste tipo de fratura, a medição do comprimento da trinca pode ser problemática, devido ao aspecto irregular da porção dúctil (“thumb- nail”). Este problema pode tornar-se particularmente relevante quando da determinação do COD de iniciação

δ

₁, contribuindo para aumentar a imprecisão na determinação deste parâmetro.

No tipo 3 é a ocorrência do crescimento estável que determina o surgimento da separação, devido a conseqüente elevação de tensões na direção da espessura. Na região de transição, à medida que a aumenta a temperatura de ensaio é comum o aparecimento de duas ou mais separações (ditas secundárias). A relaxação de tensões resultantes da formação de cada separação faz com que a região fraturada à frente do “thumb-nail” apresente regiões dúcteis e frágeis, ao contrário de um material sem separações, onde está região é completamente frágil.

Na fratura do tipo 4, a propagação da trinca é mais lenta, permitindo o desenvolvimento de uma zona plástica de grandes dimensões. À medida que esta avança junto com a trinca, as restrições ao seu avanço levam ao desenvolvimento de tensões suficientes para gerarem uma ou mais separações.

Belgede SOSYAL GÜVENLİK HUKUKU (sayfa 137-141)