Fractografia quantitativa: análise do comportamento fractal da fratura por explosão hidrostática em cilindros de aço sem costura

Abstract

Superfícies de fratura expressam a sequência de eventos de liberação de energia com a propagação de trincas. No caso de ligas metálicas, a evolução das formações topográficas pode indicar as linhas de ação de carga, falhas de uso ou de processamento. Neste trabalho foi realizada a análise fractográfica de dois cilindros de aço sem costura para gases utilizando o programa NIH ImageJ para realizar o cálculo da dimensão fractal. Como primeiro passo para a análise foram realizados todos os ensaios requeridos pelas normas de fabricação de cilindros (ensaio hidrostático, vazamento, achatamento, ensaio de tração, ruptura hidráulica, etc.) com o objetivo de comprovar que os cilindros estão em conformidade com todos os critérios requeridos. O segundo passo foi realizar toda a preparação (cortar, embutir, lixar e polir) do corpo de prova para o posterior estudo no analisador de imagens e determinação da evolução do comportamento fractal dos perfis de fratura em todo o processo de propagação da trinca por explosão. Os valores obtidos foram avaliados quanto à sua evolução e dispersão. O terceiro passo foi estudar o corpo de prova fraturado por explosão hidrostática no Microscópio Eletrônico de Varredura (MEV) para verificar se os valores encontrados através do processamento digital de imagem são pertinentes. A metodologia proposta mostrou ser efetiva na identificação de regiões de nucleação de trincas, que apresentaram maior dispersão nos valores fractais, sendo aplicável a peças oxidadas ou carburizadas em incêndios, para a investigação de falhas

Fracture surfaces express the sequence of events of energy release with crack propagation. In the case of metallic alloys, the evolution of topographic features can indicate the lines of action of load, failure to use or processing. In this study, the analysis of two fractography seamless steel cylinders for gases using the NIH ImageJ open source program to perform the estimation of the fractal dimension values. As the first step in the analysis, all tests required by the manufacturing standards of cylinders (hydrostatic test, leak, flattening, tensile test, hydraulic break, etc.) were carried out, in order to prove that the cylinders are in compliance with all required criteria. The second step was to do all the preparation (cutting, pressing, grinding and polishing) of the specimens for further study by image analysis for the determination of the fractal behavior evolution from fracture profiles in the whole process of crack propagation by explosion. The values obtained were evaluated for their evolution and statistical dispersion. The third step was to study the specimen fractured under the explosion hydrostatic testing in a scanning electron microscope (SEM) to verify that the values found by digital image processing are relevant. The whole methodology was effective for the identification of crack nucleation regions, presenting higher fractal values dispersion, being useful for failure investigation of oxidized or burned gas cylinder parts