5.4 PROPRIEDADES MECÂNICAS
5.4.2 Tração e impacto
5.4.3.1 Superfícies de fraturas após ensaios KIc
Os resultados apresentaram regiões típicas de clivagem transgranular (através dos grãos) a partir de uma fratura frágil dos corpos de prova, resultante dos ensaios de KIc. A clivagem possui rápida propagação de uma trinca ao longo de um plano cristalográfico particular a partir de altas tensões, e essas são típicas de materiais de alta resistência. Nas Figuras 71 a 77 mostram a comparação dos aspectos de clivagem da fratura dos CP’s de KIc das sete rodas avaliadas, onde estas condizem com os resultados de microestrutura e tamanho de grão. Destaca-se a roda forjada ao Nb e Mo por possuir uma região mais refinada e com menores grãos. Quanto menor o grão e mais refinada a microestrutura, mais difícil da trinca se propagar.
Figura 71 – Aspecto de clivagem da roda FD_C.
Fonte: Autor (2015).
Figura 72 – Aspecto de clivagem da roda FD_V.
Figura 73 – Aspecto de clivagem da roda FD_VM.
Fonte: Autor (2015).
Figura 74 – Aspecto de clivagem da roda FD_NbM.
Figura 75 – Aspecto de clivagem da roda FJ_C.
Fonte: Autor (2015).
Figura 76 – Aspecto de clivagem da roda FJ_V.
Figura 77 – Aspecto de clivagem da roda FJ_NbM.
6 CONCLUSÃO
Este trabalho permitiu comparar e analisar o comportamento mecânico de rodas ferroviárias fabricadas com aços convencionais e microligados através dos processos de fundição e forjamento. Em linhas gerais chegou-se a conclusão que as melhores condições para produção de rodas é pelo processo de forjamento com a adição de nióbio e molibdênio. Esta foi a única que atendeu plenamente a norma AAR M-107/ M-108 para a classe D entre os sete materiais de rodas testados e avaliados.
Entre os materiais fundidos, observa-se que houve uma melhora nas propriedades de resistência mecânica com adição de micro ligas, sendo evidenciada pelo aumento da dureza em toda a região do aro e pelos resultados dos limites de resistência mecânica que melhoraram aproximadamente 12% com a adição de vanádio. A redução do tamanho do grão em até 70% pode justificar esse resultado. Por outro lado, os resultados de ductilidade e tenacidade não foram bons, piorando em todas as rodas fundidas. Destacando-se pelo pior resultado, a roda ao nióbio e molibdênio, com energia de impacto 5,7 J, tenacidade a fratura de 44,8 MPa.m1/2 e redução de área de 8,8%, ou seja, percebe-se que a adição desses microligantes não são apropriados para o processo de fundição para a fabricação das rodas.
Entre os materiais forjados, a adição tanto do vanádio como do nióbio e molibdênio melhoram todas as propriedades mecânicas através dos aumentos da resistência, da ductilidade e da tenacidade. A roda forjada com adição de nióbio e molibdênio se destaca como o melhor resultado de energia de impacto ficando em 15,3%, redução de área de 40,4% e tenacidade a fratura com 64,7 MPa.m1/2 (aumento de 40%). Essa também foi a única roda a ficar com o alongamento acima de 15% conforme determina a norma AAR. Esse melhor desempenho está associado ao menor tamanho de grão de 14,1 µm e uma microestrutura refinada com perlita, ferrita acicular e bainita. Este também pode ser confirmado pela micrografia da região de clivagem.
Para as composições estudadas neste trabalho, na fabricação de rodas é indispensável o processo de forjamento para obter-se uma melhoria significativa das propriedades mecânicas, inclusive a tenacidade a fratura, e o processo de fundição mostrou-se não ser o mais eficaz.
Para as rodas microligadas forjadas acredita-se ser possível alcançar ótimos resultados de desempenho em campo através de altos níveis de resistência mecânica, boa ductilidade e tenacidade. Espera-se também que os problemas de confiabilidade das rodas reduzam com as melhores propriedades apresentadas. Pode-se concluir que, especialmente as rodas forjadas microligadas ao nióbio e molibdênio, podem gerar ganhos significativos para as ferrovias.
7 SUGESTÕES PARA TRABALHOS FUTUROS
Fazer estudo aprofundado dos reais efeitos dos elementos microligantes nas propriedades da roda através da análise com o microscópio eletrônico de transmissão (MET).
Fazer estudo de ensaios de desgaste por deslizamento utilizando rodas microligadas e trilhos microligados.
Correlacionar resultados das propriedades obtidas em laboratório com resultados obtidos no teste de campo das rodas microligadas ao vanádio e ao nióbio.
Fazer estudo do efeito das variações da porcentagem de adição de nióbio nas rodas microligadas.
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