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Title: Sobre o comportamento mecânico de camadas superficiais dos materiais : estudo do contacto no impacto elasto-plástico e determinação do estado de tensões residuais pela técnica do furo incremental
Authors: Nobre, João Paulo da Silva Gil 
Orientador: Dias, Antonio Mourão
Gras, René
Kornmeier, Martin
Keywords: Construção Mecânica; Engenharia Mecânica
Issue Date: 2001
Abstract: O trabalho apresentado nesta dissertação foi dividido em duas partes. A primeira é dedicada ao estudo do contacto no impacto elasto-plástico de esferas duras contra alvos dúcteis. A segunda é dedicada ao estudo experimental e numérico da técnica do furo incremental (TFI) na determinação de tensões residuais. A teoria clássica da dureza dos metais foi utilizada em ambas. Na primeira, usando o conceito de dureza dinâmica, é proposto um método alternativo para o estudo do comportamento à deformação plástica de materiais dúcteis sujeitos a elevadas velocidades de deformação. Na segunda, usando o conceito de variação relativa de microdureza (ou largura do pico de difracção de raios-X), que se demonstrou ser uma medida da capacidade de encruamento dos materiais, é proposto um método para a estimativa da variação da tensão de cedência local ao longo das camadas superficiais endurecidas por deformação plástica, como por exemplo ocorre nos materiais estruturais sujeitos a tratamentos mecânicos superficiais, como a granalhagem de pré-tensão, laminagem profunda, etc. Na primeira parte da dissertação, com a ajuda de uma máquina pendular original, foi estudada a resistência mecânica da superfície do aço AFNOR 25CD4 normalizado sujeito a impacto simples, normal e oblíquo, de esferas duras de alumina-a. O pêndulo estava equipado com um transdutor piezoeléctrico, que permitiu medir os impulsos gerados no impacto. No intervalo de energias de impacto utilizadas, o regime de deformação foi essencialmente elasto-plástico. Foram obtidas curvas de dureza dinâmica-deformação neste regime de deformação. Nos ensaios de impacto oblíquo determinou-se o coeficiente de atrito dinâmico. Foi analisado o efeito da velocidade tangencial relativa nos impulsos, coeficiente de restituição e energia perdida no impacto. A morfologia das indentações resultantes do impacto foi caracterizada e relacionada com os impulsos. Foi observada a formação de lábios no material do alvo, com a ejecção de uma pequena, oxidada e frágil apara, após uma determinada velocidade de escorregamento crítica. A duração do impacto e a razão dos impulsos atingem valores máximos. Estes valores máximos parecem estar relacionados com o ângulo de ataque crítico, comum aos processos de abrasão e erosão dos materiais dúcteis. Os resultados experimentais foram comparados com algumas recentes teorias e modelos sobre impacto. Concluímos que a máquina pendular utilizada é muito útil nos estudos sobre impacto de partículas simples (SPI). Contudo, muito pouco trabalho experimental tem sido realizado nesta área usando equipamentos deste género. Na segunda parte da dissertação, a fiabilidade da técnica do furo incremental (TFI) na determinação de tensões residuais de granalhagem, foi experimentalmente e numericamente investigada, considerando a influência dos métodos de cálculo, do estado e gradientes das tensões residuais e a sua relação com o chamado efeito de plastificação. A técnica do furo incremental (TFI) é uma técnica alternativa e atractiva para aplicações industriais, quando comparada com outras técnicas, nomeadamente com a difracção de raios-X (DRX). A TFI consiste em maquinar um pequeno furo na superfície do componente e medir a relaxação de deformação provocada pela sua presença. Diferentes procedimentos de cálculo têm sido propostos para determinar os perfis das tensões residuais em profundidade usando a TFI. Contudo, estes procedimentos regem-se por simplificações teóricas que afectam a precisão e a fiabilidade dos resultados. As principais limitações desta técnica estão relacionadas com a existência de fortes gradientes de tensão e pela existência de deformações plásticas localizadas, causadas pela concentração de tensões induzida pelo próprio furo, quando as tensões residuais excedem cerca de 60% a tensão de cedência do material – o chamado efeito de plastificação. Este limite depende de vários factores, entre os quais o desconhecimento do estado de tensão, mas também da sua distribuição em profundidade, um efeito que não tinha sido estudado até ao momento. A principal falha, para qualquer critério que pretenda julgar se o efeito da plastificação afecta ou não os resultados finais da TFI, é a incerteza sobre o valor da tensão de cedência local nas camadas superficiais. Infelizmente, a tensão de cedência local não é directamente acessível. De facto, os tratamentos superficiais envolvem modificações desse valor, comparativamente com o obtido inicialmente no material de base. Com este objectivo foi estudada e proposta uma nova metodologia baseada no conceito de variação relativa de microdureza (largura do pico de difracção). Consequentemente foi possível efectuar uma simulação da aplicação da técnica em vários componentes de aço granalhados através do método dos elementos finitos. Deste modo foi possível validar os resultados experimentais, explicando-se as diferenças obtidas entre os resultados da TFI e da DRX e, em última análise, validar o critério proposto para a previsão da possível influência ou não do efeito de plastificação nos resultados da técnica.
URI: http://hdl.handle.net/10316/1695
Rights: embargoedAccess
Appears in Collections:FCTUC Eng.Mecânica - Teses de Doutoramento

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