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Efeito de Temperaturas Sub-zero na Resistência Mecânica do Aço Estrutural ASTM A516 Gr 70
Última alteração: 2012-11-14
Resumo
Aços estruturais ferríticos têm suas propriedades mecânicas influenciadas por variações de temperatura. Usualmente, baixas temperaturas incrementam o módulo de elasticidade (E) e as tensões limite (de escoamento e resistência), seguidos de perda de ductilidade e tenacidade. Caso atinjam a transição dúctil-frágil, é alterado inclusive o micromecanismo de fratura. Assim, estes efeitos devem ser levados em conta para que simulações numéricas (por exemplo utilizando o Método dos Elementos Finitos - MEF) e previsões de falha garantam a segurança dos componentes operando em tais condições. Embora o conhecimento destes efeitos seja necessário e exigido por recomendações como a API 579 e BS 7910, normas como a ASTM E8/E8M não contemplam baixas temperaturas e os resultados da literatura são escassos. Este trabalho desenvolve o aparato experimental necessário e caracteriza o efeito de temperaturas sub-zero até -85ºC na resistência de um aço ASTM A516 Gr70 aplicável a vasos de pressão e reatores. Foram desenvolvidos: i) clip-gage dedicado a baixas temperaturas montado em ponte de Wheatstone completa com 4 extensômetros elétricos de 350 Ohms e saída de 2mV/V; ii) câmara fria de dupla parede isolada termicamente e refrigerada por nitrogênio líquido. Os ensaios foram realizados seguindo as recomendações disponíveis na norma ASTM E8/E8M em máquina universal de ensaios MTS 810 servohidráulica de capacidade 250 kN disponível no Centro de Desenvolvimento de Materiais Metálicos da FEI (CDMatM-FEI). Foi empregada velocidade de 0,6 mm/min e temperaturas ambiente, -15ºC, -30ºC, -55ºC, -75ºC e -85ºC. Cada espécime foi condicionado na temperatura desejada por 25 minutos antes do ensaio e a temperatura foi controlada por termopar tipo T em contato com a amostra. Como resultados centrais obtidos, são destacados: i) a câmara desenvolvida apresentou o comportamento esperado, podendo estabilizar temperaturas de até -120ºC com variação inferior a 2ºC no período de um ensaio (~300s); ii) o clip-gage desenvolvido foi calibrado como função da temperatura e revelou grande sensibilidade (comparável aos clip-gages originais MTS, os quais são aplicáveis a temperaturas próximas da ambiente); iii) foi observado o esperado efeito inversamente proporcional da temperatura nos limites de escoamento e resistência. A redução de temperatura elevou as tensões-limite de escoamento e resistência respectivamente de 0,5 e 1,0 MPa/ºC, o que significou, para -85ºC em relação à ambiente, 25% e 19% de incremento de propriedades mecânicas. Nitidamente, estes efeitos devem ser incorporados em simulações computacionais, projetos e avaliações de integridade para a precisa descrição do comportamento mecânico e segurança das aplicações.