Análise de fratura pós fadiga da liga de alumínio 7075-T6 submetida ao tratamento térmico RRA e nitretação a plasma
Data
2022-05-19
Autores
Rocha, Elisa Gombio [UNIFESP]
Orientadores
Reis, Danieli Aparecida Pereira
Tipo
Dissertação de mestrado
Título da Revista
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Resumo
Este trabalho visou a análise de fratura da liga de alumínio 7075-T6 após ensaio de fadiga em corpos de prova (cdps) com e sem entalhe, da própria condição T6, desta condição submetida ao tratamento térmico RRA e ao tratamento superficial de nitretação a plasma, que foram produzidos em estudos anteriores no grupo de pesquisa em que este trabalho está inserido. A importância do estudo da sensibilidade ao entalhe se dá pelo fato do entalhe geralmente diminuir a vida em fadiga, criando regiões de altas tensões triaxiais localizadas que restringem a deformação plástica, fragilizando o material. Um padrão de tratamento térmico conhecido como retrogression and reaging (RRA) é utilizado para aumentar a resistência mecânica e a dureza da AA7075-T6 a fim de se obter melhorias no comportamento em fadiga e em corrosão. A condição de tratamento utilizada foi de 200 °C por 20 minutos com resfriamento em água (ressolubilização) seguido por 24 horas a 120 °C (re-envelhecimento). A nitretação a plasma foi o método escolhido por elevar a dureza superficial, resistência à fadiga, resistência ao desgaste e à corrosão de várias ligas, melhorando o desempenho dos materiais encontrados no mercado. Os cdps de fadiga foram usinados a partir de barras cilíndricas da AA7075-T6 e o ensaio de fadiga de alto ciclo em um equipamento servo-hidráulico MTS foi realizado em condições trativas (razão de tensão R=0,1). As análises de fratura da liga AA7075 após ensaio de fadiga nas condições T6, RRA e nitretada a plasma foram realizadas via estereomicroscopia e por microscopia eletrônica de varredura para a determinação dos tipos de fratura apresentados em cada condição e os micromecanismos de fratura atuantes. As tensões dos cdps analisados foram 400 e 500 MPa para a condição não entalhada e 75, 100 e 150 MPa para as condições entalhadas. Os três estágios característicos de fadiga foram encontrados para as condições analisadas, com exceção da condição nitretada sem entalhe que apresentou uma fratura intergranular com presença de dimples. Com exceção da condição nitretada sem entalhe, microscopicamente foi possível encontrar e mensurar estrias de fadiga em todas as amostras analisadas com e sem entalhe. Além disso, foram encontradas partículas de segunda fase na região de nucleação de trinca da condição T6 sem entalhe. Macroscopicamente, não foram encontradas marcas de praia ou marcas de catraca nas amostras analisadas. As condições T6, RRA e nitretadas com entalhe apresentaram fractografias similares à condição de concentração de tensão severa.
This work aimed the fracture analysis of aluminum alloy 7075-T6 after fatigue test on notched and unnotched specimens, of the T6 condition itself, this condition subjected to RRA heat treatment and to plasma nitriding surface treatment, which were produced in previous studies of the same research group. The importance of studying the notch sensitivity is because notch generally reduces fatigue life, creating regions of high localized triaxial stresses that restrict plastic deformation, embrittling the material. A standard heat treatment known as retrogression and reaging (RRA) is used to increase the strength and hardness of AA7075-T6 to obtain improvements in fatigue and corrosion behavior. The heat treatment parameters applied were 200 °C for 20 minutes with water cooling (resolubilization) followed by 24 hours at 120 °C (reaging). Plasma nitriding was the chosen method for increasing surface hardness, fatigue resistance, wear, and corrosion resistance of various alloys, improving the performance of materials found in the market. The fatigue specimens were machined from cylindrical bars of AA7075-T6, and the high cycle fatigue test was performed in an MTS servo-hydraulic equipment under tensile conditions (stress ratio R=0.1). The post-fatigue fracture analysis of T6, RRA and plasma nitride condition were performed via stereomicroscopy and scanning electron microscopy to determine each condition fracture types and the active micromechanisms of fracture. The stresses of the analyzed specimens were 400 and 500 MPa for unnotched condition and 75, 100 and 150 MPa for notched condition. The three characteristic stages of fatigue were found for all the analyzed conditions, except for the unnotched nitride condition, which presented an intergranular fracture with the presence of dimples. Apart from the unnotched nitride condition, microscopically it was possible to find and measure fatigue striations in all notched and unnotched analyzed specimens. In addition, second-phase particles were found in the crack nucleation region of the unnotched T6 condition. Moreover, macroscopically no beach marks or ratchet marks were found in the analyzed samples. The notched T6, RRA and nitride condition presented similar fractographies to the severe stress concentration condition.
This work aimed the fracture analysis of aluminum alloy 7075-T6 after fatigue test on notched and unnotched specimens, of the T6 condition itself, this condition subjected to RRA heat treatment and to plasma nitriding surface treatment, which were produced in previous studies of the same research group. The importance of studying the notch sensitivity is because notch generally reduces fatigue life, creating regions of high localized triaxial stresses that restrict plastic deformation, embrittling the material. A standard heat treatment known as retrogression and reaging (RRA) is used to increase the strength and hardness of AA7075-T6 to obtain improvements in fatigue and corrosion behavior. The heat treatment parameters applied were 200 °C for 20 minutes with water cooling (resolubilization) followed by 24 hours at 120 °C (reaging). Plasma nitriding was the chosen method for increasing surface hardness, fatigue resistance, wear, and corrosion resistance of various alloys, improving the performance of materials found in the market. The fatigue specimens were machined from cylindrical bars of AA7075-T6, and the high cycle fatigue test was performed in an MTS servo-hydraulic equipment under tensile conditions (stress ratio R=0.1). The post-fatigue fracture analysis of T6, RRA and plasma nitride condition were performed via stereomicroscopy and scanning electron microscopy to determine each condition fracture types and the active micromechanisms of fracture. The stresses of the analyzed specimens were 400 and 500 MPa for unnotched condition and 75, 100 and 150 MPa for notched condition. The three characteristic stages of fatigue were found for all the analyzed conditions, except for the unnotched nitride condition, which presented an intergranular fracture with the presence of dimples. Apart from the unnotched nitride condition, microscopically it was possible to find and measure fatigue striations in all notched and unnotched analyzed specimens. In addition, second-phase particles were found in the crack nucleation region of the unnotched T6 condition. Moreover, macroscopically no beach marks or ratchet marks were found in the analyzed samples. The notched T6, RRA and nitride condition presented similar fractographies to the severe stress concentration condition.
Descrição
Citação
ROCHA, E. G. Análise de fratura pós fadiga da liga de alumínio 7075-T6 submetida ao tratamento térmico RRA e nitretação a plasma. 98p. Dissertação (Mestrado em Ciências) – Universidade Federal de São Paulo, São José dos Campos, 2022.