Comportamento fractal de superfícies de fadiga de ligas aeronáuticas

Resumo

Superfícies de fratura expressam a seqüência de eventos de liberação de energia com a propagação de trincas, mostrando a relação entre os componentes da estrutura, campos de tensões locais e a formação de texturas típicas em seu relevo. No caso de ligas metálicas, a evolução das formações topográficas pode indicar as linhas de ação de carga, a dinâmica do processo de fratura, falhas de uso ou de processamento, e outros. Assim, a fractografia quantitativa, com o uso cada vez maior destes materiais em aeronaves, pode ampliar seu papel na investigação de falhas estruturais ou como ferramenta para o desenvolvimento de processos e produtos. Para tanto, é preciso adequar ou criar abordagens para o estudo quantitativo de relevos. A presente proposta baseia-se na combinação de ferramentas de medição da topografia de superfícies, como a reconstrução por extensão de foco na microscopia óptica ou o mapeamento topográfico usando microscopia de força atômica, com a análise do comportamento fractal de texturas formadas pelos detalhes de relevo, correspondentes aos mecanismos de fratura atuantes, para o desenvolvimento de uma metodologia de caracterização fractográfica adequada ao estudo de superfícies de fadiga em ligas metálicas. Assim, visa oferecer suporte experimental e avaliar a relação entre o comportamento fractal de superfícies e a propagação de trincas por fadiga no estágio II. Assim, os objetivos principais desta proposta são criar a metodologia e implementar alguns estudos quantitativos para testar o emprego da abordagem de fractais mistos na adaptação dos modelos de propagação estável de trincas por fadiga.O material analisado será corpos de prova fraturados em ensaios de propagação de trincas de liga como o aço 15-5 PH, na mesma condição de tratamento termomecânico empregada na construção de componentes para suas aeronaves. As investigações serão realizadas, prioritariamente, a partir de pilhas de imagens obtidas por microscopia óptica e processadas para levantamento do relevo e da distribuição de texturas formadas nas superfícies fraturadas. Técnicas de microscopia de força atômica também serão empregadas, quando o comportamento das oscilações de relevo for comedido o bastante para seu uso, em regiões de comportamento aproximadamente linear elástico, visando testar os limites de auto-similaridade ou auto-afinidade das superfícies. Também será empregado um novíssimo microscópio eletrônico de varredura Zeiss Evo LS-15, a ser instalado no Campus de Guaratinguetá em abril de 2011, para identificação dos micromecanismos de fratura e, eventualmente, avaliação do espaçamento de estrias de fadiga.