Propagação de fendas por fadiga a alta temperatura em Inconel 718

Abstract

As superligas de níquel são largamente utilizadas em equipamentos que trabalham a alta temperatura (turbinas a gás, etc.), pelo que é importante conhecer o seu comportamento em condições de fadiga a alta temperatura. O principal objectivo da tese foi estudar a influência da frequência de carregamento (f), razão de tensões (R) e estado de tensão na velocidade de propagação de fendas em superligas de níquel a alta temperatura. Este estudo baseou-se em ensaios de fadiga feitos a 600C em provetes de Inconel 718 com fenda de canto. Para que os resultados da/dN-DK obtidos experimentalmente sejam correctos, é fundamental que as soluções do factor de intensidade de tensão também o sejam. Assim, foram obtidas soluções numéricas de K para o provete com fenda de canto, utilizando o método dos elementos finitos. Esse estudo abrangeu fendas circulares e com forma de túnel. Foram obtidas 5 soluções: K45, Ka e K´ para fendas de canto de forma circular, e K45 e K´para fendas com efeito de túnel. Nos ensaios de fadiga a alta temperatura obteve-se uma curva da/dN-DK para cada par (R, f). Consideraram-se 3 razões de tensões (0.05, 0.5 e 0.8) e frequências variando de 0.0017 a 10 Hz. Observaram-se 3 regimes de propagação: dependente dos ciclos (para f alto), dependente do tempo e misto. O aumento de R produz um aumento da velocidade de propagação de fenda em todos os regimes, porém este é maior quando a propagação é dependente do tempo. Nesse regime, a variação de da/dN é explicada por um aumento do dano de oxidação provocado pelo aumento da tensão máxima. O estado de tensão influencia a velocidade de propagação, quando esta é dependente do tempo em condições de deformação plana. O estado plano de tensão inibe o dano de oxidação em Inconel 718, provocando uma extensão do regime dependente dos ciclos no espaço paramétrico. Observou-se uma boa concordância entre a velocidade de propagação dependente do tempo e modelos matemáticos baseados em resultados a carga estática.