Avaliação das propriedades mecânicas e elásticas A Tabela 20 apresenta os resultados dos ensaios de

tração, que foi realizado sem o auxilio de extensometro, deste modo o módulo de elasticidade foi calculado pelo método da secante. Verifica-se que os resultados de limite de resistência e de módulo de elasticidade são um pouco superiores na posição inferior do bloco Y, o que pode ser resultado da maior nodularidade da grafita, do menor espaçamento interlamelar da perlita e do número de partículas de grafita/mm² encontradas nesses locais, comparativamente às verificadas em regiões mais acima (Tabela 19). A presença de molibdênio resultou em aumento dos valores de resistência (limite de resistência e limite de escoamento).

Tabela 20- Resultados do ensaio de tração para as amostras de ferro fundido vermicular.

Amostras 11 inf. 11 sup. XII inf. XII sup. LR (MPa) 458,0 450,0 530,0 514,0 LE (MPa) 361,0 353,0 412,0 413,0 A (%) 1,3 1,2 1,2 1,1 E (GPa)* 114 117 146 142 * Método da secante

Fonte: Autoria própria.

Os resultados dos ensaios de ultrassom são apresentados na Tabela 21 e os valores calculados para o módulo de elasticidade mostram-se pouco superiores do esperado, mas dentro do limite para essa classe de material (ISO16112, 2006); (SINTERCAST, 2000). Ainda, pode-se observar a boa correlação entre a velocidade ultrassônica e o módulo de elasticidade, assim como as relações entre o módulo e nodularização que apresentam o mesmo comportamento crescente que (DAWSON, 1999). A Tabela 22 destaca os valores obtidos para o módulo através do ensaio de frequência de ressonância pelo método de excitação por impulso.

Tabela 21- Resultados para o ensaio de ultrassom das amostras de ferro fundido vermicular. Amostras V (m/s) E (GPa) χ s χ s 11 inf. 5185 10 155 1,0 11 sup. 5175 10 154 1,0 XII inf. 5240 10 158 1,0 XII sup. 5220 10 157 1,0

Tabela 22- Resultados da frequência de ressonância para as amostras de ferro fundido vermicular.

E - FL (GPa) E - FF (GPa) µ χ s χ s χ s 11 inf. 153,80 0,60 155,56 0,88 0,26 0,05 11 sup. 152,45 0,57 153,34 0,63 0,26 0,05 XII inf. 155,79 0,60 155,92 0,80 0,26 0,05 XII sup. 153,04 0,55 154,64 0,62 0,26 0,05

Fonte: Autoria própria.

A Figura 66 ilustra a diferença entre os ensaios estudados, a qual ilustra a baixa dispersão de medidas para os ensaios não destrutivos quando comparados ao ensaio de tração. Isso ocorre, principalmente, devido à dificuldade de expressar o comportamento elástico desses materiais pelo ensaio de tração (método da secante), uma vez que existe o fenômeno de microplasticidade atuando desde o início da aplicação da tensão (GUESSER, 2009); (METZLOFF e LOPER JR, 2001). Na tentativa de se obter uma melhor avaliação para o módulo de elasticidade através do ensaio de

tração, utilizou-se a abordagem de determinação de _𝐸0, da

maneira alternativa ao proposto em Metzloff e Loper Jr. (2001), como mostrado para o cinzento. Assim, a Figura 67

representa a linearização para obtenção de _𝐸0 e apresenta

valores superiores aos módulos de elasticidade obtidos pelos ensaios não destrutivos. Isso evidencia a dificuldade em expressar o comportamento elástico para esse material e sua dependência com a técnica de ensaio.

Figura 66- Relação entre os módulos de elasticidade medidos pelo ultrassom, frequência de ressonância e ensaio tração para as amostras de ferro fundido vermicular.

Fonte: Autoria própria.

Dentre os ensaios não destrutivos, busca-se avaliar a melhor abordagem para a obtenção do módulo de elasticidade. Assim, pode-se perceber através da Figura 68 que, estatisticamente, ambos os ensaios fornecem valores aceitáveis para o módulo de elasticidade. As demais análises em relação à variação microestrutural e o módulo de elasticidade, não são conclusivas, uma vez que houve pouca alteração nessas condições e os módulos são muitos próximos. Isso pode indicar que a adição de elementos de liga tem maior influência sobre as propriedades mecânicas quando comparadas com o módulo de elasticidade, assim como observado para as amostras de ferro fundido cinzento.

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180

11 inf. 11 sup. XII inf. XII sup.

M ó d u lo d e E lasti ci d ad e (GPa) Amostras Ultrassom Freq. Ressonância Ensaio de tração

Figura 67- Determinação do módulo de elasticidade 𝐸0 para as amostras de ferro fundido vermicular.

Figura 68- Comparação entre os métodos de ensaios não destrutivos.

Fonte: Autoria própria.

6.1.3.3 Análise do amortecimento

Para a avaliação do amortecimento, _{𝜁, e da capacidade}

de amortecimento, ψ, utilizaram-se as duas frequências

vibracionais (longitudinal e flexional), através do equipamento Sonelastic® e seus resultados estão presentes na Tabela 23. Assim, como observado por (COSSOLINO e PEREIRA, 2010); (GOODRICH, 2003), existe grande dificuldade em se avaliar o amortecimento, não somente pela discordância na avaliação dos parâmetros e técnicas empregadas, mas também pela sensibilidade da propriedade a pequenas alterações microestruturais e a presença de defeitos.

Os valores encontrados para a capacidade de amortecimento estão de acordo com o mencionado na literatura (GOODRICH, 2003). A análise dos resultados da Tabela 23, juntamente com a Figura 69, mostra a sensibilidade do amortecimento, principalmente, às condições microestruturais

148 150 152 154 156 158 160

11 inf. 11 sup. XII inf. XII sup.

M ó d u lo d e E lasti ci d ad e (GPa) Amostras Ultrassom Freq. Ressonância

do material. Para ambas as ligas, as amostras da posição “inferior” apresentam valores maiores para o amortecimento. Nesta posição é maior a nodularidade, o que deveria resultar em menor capacidade de amortecimento. Entretanto, o maior número de partículas de grafita pode ter conduzido a essa maior capacidade de amortecimento. Além disso, o refino da perlita também é maior nessas posições, devido à maior velocidade de resfriamento, o que resultou em maior capacidade de amortecimento de vibrações. Este conjunto de resultados mostra que, de um modo geral, o aumento na quantidade de interfaces resulta em aumento da capacidade de amortecimento de vibrações.

Tabela 23- Resultados para o amortecimento através do método de frequência de ressonância.

Em. Am.

F*(Hz) ζ (E-6) δ (E-4) ψ(E-4)

χ s χ s χ s χ s FL 11 inf. 19274,49 0,06 303,62 2,20 0,19 0,001 0,38 0,001 11 sup. 19189,05 0,22 267,34 2,34 0,17 0,001 0,34 0,001 XII inf. 19344,39 0,31 332,04 3,24 0,21 0,002 0,42 0,002 XII sup. 19276,72 0,18 261,36 3,25 0,16 0,002 0,33 0,002 FF 11 inf. 6044,02 0,02 427,08 4,99 0,27 0,003 0,54 0,003 11 sup. 6085,82 0,02 380,78 2,39 0,24 0,002 0,48 0,002 XII inf. 6067,48 0,01 454,70 1,29 0,29 0,001 0,57 0,001 XII sup. 6015,07 0,04 403,70 3,37 0,25 0,002 0,51 0,002

ζ - Amortecimento -> δ = 2 π ζ δ - decremento logarítmico ψ - Capacidade de amortecimento -> ψ = 2 δ = 4 π ζ

*Frequência de ressonância das amostras. Fonte: Autoria própria.

Outro fator importante a ser analisado através da Figura 69 é a técnica de medição, porque alterações na obtenção da frequência possibilita analisar diferentes condições do material. Essa mudança no ensaio (medição do amortecimento através da

frequência flexional) provocou um aumento no valor da capacidade de amortecimento, indicando alguma possível variação na microestrutura. Entretanto, o comportamento desse parâmetro permanece inalterado, de modo que as amostras com maior número de interfaces permanecem tendo maior capacidade de amortecimento. O aumento ocorrido no ensaio flexional pode ser explicado por conta da presença de microrrechupes na superfície de todos os corpos de prova, os quais se apresentam em quantidade ínfima e de dimensões inferiores a 1mm.

Figura 69- A capacidade de amortecimento de vibrações (ψ) através do

ensaio de frequência de ressonância. Amostras da posição inferior – isentas

de porosidades. Amostras da posição superior – algumas microporosidades.

Fonte: Autoria própria.

Para a detecção de defeitos, somente através do

ultrassom conseguiu-se verificar a presença das

microporosidade. Contudo esses defeitos são muito pequenos e encontram-se bem dispersos nos materiais. A sensibilidade do módulo de elasticidade às microporosidades não foi observada,

0,30 0,35 0,40 0,45 0,50 0,55 0,60

11 inf. 11 sup. XII inf. XII sup.

C ap ac id ad e de amo rtec imen to (ψ (E -4)) Amostras Freq. Lonitudinal Freq. Flexional

uma vez que não houve alterações significativas nos valores dos módulos de elasticidade. Isso pode indicar que o módulo seja menos sensível a presença de defeitos, principalmente os de escala reduzida. Em contra partida, o amortecimento mostra-se sensível a essas pequenas perturbações, como já mencionado. Entretanto, seria interessante confirmar este comportamento em amostras contendo maiores quantidades de porosidades.

6.1.3.4 Considerações parciais

Através do estudo realizado que avaliou a relação existente entre as propriedades físicas e microestrutura em ferro fundido vermicular e seu comportamento na presença de defeitos, foi possível verificar que:

 Os métodos de ensaio não destrutivos permitem maior precisão na avaliação das propriedades físicas em relação aos métodos clássicos de análise;

 As determinações de módulo de elasticidade pelo ensaio de tração (método secante) resultaram em valores entre 114-146 GPa, o que indica a dificuldade em expressar o comportamento elástico do material, devido ao fenômeno de microplasticidade.

 Os métodos de velocidade ultrassônica e de frequência de ressonância forneceram valores de módulo de elasticidade em faixas estreitas (154- 158 GPa). Estes valores estão diretamente relacionados com a forma e quantidades da grafita e a nodularidade do material não apresentam ligação com a adição de elementos de liga.

 A capacidade de amortecimento de vibrações é sensível ao número de partículas de grafita e ao espaçamento interlamelar da perlita. O amortecimento de vibrações aumenta à medida que aumenta o número de interfaces presentes na microestrutura.

 O amortecimento mostrou-se mais sensível à presença de defeitos quando comparado com o módulo de elasticidade.

O método de frequência de ressonância permite melhor avaliação do módulo de elasticidade e amortecimento, contudo requer corpos de prova com elevada precisão dimensional e acabamento superficial, limitando assim a sua utilização quando comparado com o ultrassom.