TRABALHO DE GRADUAÇÃO. Projeto. Curso de Engenharia Mecânica ( ) Integral (X) Noturno. Aluno: xxxxxxx n

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1 TRABALHO DE GRADUAÇÃO Projeto Curso de Engenharia Mecânica ( ) Integral (X) Noturno Aluno: xxxxxxx n Orientador: Marcelo Augusto Santos Torres Início do Trabalho: março de Tema: Mecânica da Fratura Elasto- Plástica 2. Objetivo O trabalho proposto O objetivo deste trabalho é o estudo do comparativo da resistência à fratura, após processo de solda a topo por resistência, do aço SAE1010AA (atualmente usado par confecção de aros de rodas) e do aço ARBL S275JR (CST) nas mesmas condições. 3. Descrição e justificativa do trabalho A constante busca pela melhoria da qualidade e o aumento da competitividade advindo da globalização fazem com que as empresas proponham inovações que possam contribuir para o sucesso de seus produtos e serviços. Na indústria de autopeças não é diferente: as inovações são importantes e auxiliam na redução de custo, aumento da qualidade e ampliação do número de clientes. A matéria-prima é responsável por grande parte do custo de um produto. No caso deste trabalho, o produto em questão são rodas sem câmara feitas em aço para caminhões e ônibus. Rodas sem câmara são constituídas por dois componentes: o disco e o aro (Figura 01). O aço utilizado atualmente na produção do aro destas rodas

2 é o SAE1010AA. Contudo, a indústria tem buscado alternativas para este aço na confecção dos aros. A motivação para esta substituição é a necessidade imposta pelo mercado para a redução de peso da roda. Dentro das possibilidades existentes no mercado nacional, visando possível fornecimento para a produção em escala industrial de rodas, aparecem os aços ARBL. Com a utilização de um aço ARBL para a manufatura do aro, espera-se atingir uma redução de cerca de 10% no peso do aro, o que para uma roda 22,5x8,25 (caminhão) pode representar cerca de 3 kg de aço por peça produzida. Figura 01. Componentes de uma roda sem câmara para caminhões e ônibus O aço ARBL escolhido para este trabalho foi o S275JR (CST), selecionado com base na norma NBR-8267 que trata dos aços indicados para produção de rodas para caminhões e ônibus e também pelo conhecimento do processo de manufatura e das especificações do produto (roda) adquiridos pelo grupo de pesquisa em que este trabalho está inserido. Para a produção de aros de aço para rodas é empregado o processo de soldagem por resistência devido à sua alta produtividade e baixo custo de operação. No entanto, como todo o processo de soldagem, sua qualidade é influenciada por variáveis que dependem de fatores dimensionais, de forma, metalurgicos e físico-químicos. Sendo assim, é necessário conhecer os possíveis efeitos destas varáveis no aço utilizado. A maioria das falhas em soldas é causada pela iniciação e posterior propagação de trincas a partir de defeitos induzidos pelo

3 processo. Portanto, a capacidade de resistência à propagação de trincas do aço S275JR (CST) deve ser analisada e comparada com o aço o SAE1010AA atualmente utilizado. Para materiais média resistência mecânica e boa tenacidade à fratura, como é o caso do material estudado aqui, o processo de fratura é controlado primariamente pela intensa deformação adjacente à ponta da trinca e que a separação das superfícies da trinca, na ponta da mesma, ou abertura na ponta da trinca, é uma medida desta deformação. A propagação da trinca inicia-se, assim, em um valor crítico dessa abertura na ponta da trinca. Em inglês: Crack Tip Opening Displacement CTOD. A medida da abertura da trinca é representada por δ. Deve-se calcular então um valor de abertura crítico da trinca δc a partir do qual o material provocará a ruptura da estrutura. Em laboratório, a maneira mais comum de se medir CTOD é através do ensaio do corpo-de-prova com fissura na extremidade sujeito a carga aplicada em 3 pontos (figura 02). Figura 02: Corpo-de-prova para CTOD com apoio em três pontos (ANDERSON, 2005) A equação abaixo mostra a relação entre CTOD e V (abertura da boca da trinca), a

4 qual é determinada empregando-se um medidor de deslocamento (clip gauge) durante o ensaio. δ V = r ( W a) r( W a) + a r = fator de rotação adimensional, que varia de 0 a 1. V = abertura da boca do trinca. Portanto, ensaios de CTOD deverão ser feitos tanto para o aço atualmente usado na fabricação dos aros das rodas (SAE1010AA) como para o aço deste trabalho (S275JR) Os corpos de prova para os ensaios de CTOD serão confeccionados da região que envolve o metal de solda, ZTA (Zona Termicamente Afetada) e metal base (figura 03). Figura 03. Representação da seção transversal da solda. Os resultados obtidos neste trabalho deverão juntar-se a outros ensaios feitos no nosso grupo de pesquisa visando determinar a viabilidade de substituição do aço (SAE1010AA) na fabricação do aro das rodas.

5 4. Metodologia Os ensaios deverão seguir os procedimentos revistos na norma ASTM E Exeqüibilidade Os materiais soldados cedidos pela fabricante de rodas IOCHPE-MAXION rodas e chassis para a confecção dos corpos de prova já se encontram disponíveis. Os ensaios de CTOD poderão ser feitos no DMT/FEG que possui máquina servo-hidráulica apropriada para tal. 6. Cronograma de Execução Etapa 1: Estudo Bibliográfico Etapa 2:Confecção dos corpos de prova para os ensaios de CTOD. Etapa 3: Ensaios de CTOD Etapa 4: Análise e discussão dos resultados Etapa 5: Elaboração da Monografia Demonstração cronológica das etapas ( 2010 ) Etapa Mar. Abr. Mai. Jun. Jul. Ago. Set. Out. Nov. 1 X X X X X X 2 X X X 3 X X X X 4 X X X X 5 X X X X X X

6 7. Bibliografia DONATO, G.H.B. CRAVEIRO, S. RUGGIERI, C. Avaliação experimental dos parâmetros de tenacidade CTOD e integral J em espécimes de flexão SE(B) utilizando o método ETA. Tecnologia em Metalurgia e Materiais, vol. 3 n. 2, p 29-33, São Paulo, STROHAECKER, T.R. Mecânica da Fratura. Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Escola de Engenharia, Laboratório de Metalurgia Física. 99p. BROEK, David. Elementary engineering fracture mechanics. 4.ed. Dordrecht: Martinus Nijhoff Publishers, ANDERSON, T. L. Fracture mechanics: fundamentals and applications. 3.ed. Boca Raton: Taylor & Francis, CÂNDIDO, Luiz Cláudio; GODEFROID, Leonardo Barbosa, SILVA, José Geraldo Araújo Silva. Comportamento em fadiga de um aço estrutural patinável soldado. Revista Escola de Minas. V.55, n.2, 2002 Prof. _Dr Marcelo Augusto Santos Torres (Orientador) (Aluno) Aprovação no Conselho de Curso Data