Fatigue and cyclic plasticity of 304L stainless steel under axial, torsional and proportional axial-torsional loading

Abstract

Os objetivos deste trabalho são investigar o comportamento tensão-deformação cíclico e a fadiga multiaxial do aço inoxidável 304L por meio de ensaios axiais, torsionais e axiais-torsionais proporcionais totalmente alternados controlados por deformação à temperatura ambiente e avaliar os modelos de fadiga do tipo plano crítico propostos por Smith, Watson e Topper (1970), e Fatemi e Socie (1988) em relação à previsão de vida à fadiga e à orientação das trincas macroscópicas. Corpos de prova tubulares com paredes finas usinados após o tratamento térmico de normalização foram submetidos a amplitudes de deformação equivalente de von Mises tais que 0,20% ≤ Δ𝜀𝑒𝑞/2 ≤ 1,00%. Devido à dependência da taxa de carregamento do comportamento tensão deformação do aço inoxidável 304L, todos os ensaios foram realizados com frequências (0,30-2,00 Hz) tais que a taxa de deformação equivalente de von Mises fosse igual a 10-2 s-1. Observou-se que o endurecimento secundário nos ensaios proporcionais só ocorreu para amplitudes de deformação equivalente Δ𝜀𝑒𝑞/2 ≥ 0,80% enquanto todos os ensaios axiais-torsionais apresentaram endurecimento secundário. Baseado na comparação entre os estados de tensão, concluiu-se que há falha por fadiga antes que o endurecimento secundário se torne significativo para os ensaios proporcionais cuja Δ𝜀𝑒𝑞/2 ≤ 0,60%. Observou-se um comportamento do tipo Masing para uma faixa de deformação axial Δ𝜀/2 ≤ 0,40% e torsional Δ𝛾𝑠𝑢𝑟/2 ≤ 0,61% para ensaios axiais, torsionais e proporcionais. A deformação equivalente de von Mises não pode ser usada como parâmetro limite para o comportamento Masing já que o ensaio proporcional cuja Δ𝜀𝑒𝑞/2 = 0,50% apresenta comportamento semelhante àquele de ensaios cuja Δ𝜀𝑒𝑞/2 ≤0,50%, o que não ocorre para o ensaio axial de mesma amplitude de deformação equivalente. Observou-se não proporcionalidade nos espaços das tensões desviadoras e das deformações plásticas para os ensaios proporcionais no espaço das deformações totais. No entanto, não se observou um aumento na amplitude de tensão destes ensaios quando comparados a ensaios axiais e torsionais, o que sugere que o endurecimento não proporcional está associado à não proporcionalidade no espaço das deformações totais. Não houve influência significativa do endurecimento secundário na análise de fadiga, já que não houve diferença significativa entre as estimativas de vida realizadas com constantes materiais obtidas de diferentes ciclos de referência para os dois modelos. Os modelos investigados previram a vida à fadiga com boa acurária, mas falharam em prever a orientação das trincas para todas as três histórias de deformação.