Transição dúctil-frágil : análise estatística de resultados, avaliação de um valor mínimo e estudo do limite com o Upper Shelf

Abstract

Resumo: O estudo do comportamento dos acos estruturais no intervalo de temperaturas chamado de transicao ductil-fragil, onde o modo de fratura e misto, tem sido objeto de muitas pesquisas nas ultimas decadas. A mecanica da fratura permite, mediante a utilizacao dos parametros JC e ƒÔC, caracterizar a tenacidade a fratura em instabilidades por clivagem, especialmente quando as mesmas ocorrem apos deformacao plastica consideravel e/ou crescimento estavel de trinca. Por outro lado, na regiao da transicao ductil-fragil existe uma dispersao muito ampla dos valores de tenacidade, influenciada entre outras coisas pelo tamanho do corpo de prova, o que leva a necessidade da utilizacao de modelos estatisticos para o seu tratamento. Nesta tese se mostra que os modelos dos valores de tenacidade descritos por funcoes de Weibull de tres parametros expressadas em termos do parametro JC ou em termos de KJc nao sao equivalentes. Adicionalmente, e apresentada uma reinterpretacao da curva de transicao, definindo regioes de coexistencia de diferentes mecanismos. Nesta interpretacao se postula que, ao contrario do que o modelo weakest link propoe, a dispersao de resultados a temperaturas proximas ao upper shelf diminui quando a temperatura aumenta e o tamanho do corpo de prova diminui. A reinterpretacao da curva de transicao tambem permite explicar a dependencia do limite entre a transicao e o upper shelf com o tamanho do corpo de prova. Os modelos propostos sao contrastados com dados experimentais de acos ferriticos e de polimeros termoplasticos modificados com borracha. Para os polimeros foi proposto que diferentes mecanismos podem acontecer nas mesmas condicoes de teste e, adicionalmente, a determinacao de um limiar de tenacidade e analisada. Os resultados sao apresentados em forma de graficos e extensamente discutidos.

Abstract: The study of structural steels in the temperature region called ductile-to-brittle transition, where the fracture mode is mixed, has been the subject of many research projects during the lasts decades, resulting in a large number of scientific publications. Fracture mechanics allows, by using the parameters JC and ƒÔC, to characterize the fracture toughness for cleavage instability, especially when it occurs after considerable plastic deformation and also stable crack growth. On the other hand, a very wide scatter in fracture toughness values is present, including a size effect, being necessary to employ statistical analysis for its treatment. In this thesis is shown that the fracture toughness values described by three parameter Weibull functions expressed in terms of JC or in terms of KJc are not equivalent. Adicionally, a reinterpretation of the transition curve is presented, proposing regions where different mechanisms coexist. In opposition to that anticipated by the weakest link model, the scatter at temperatures close to the upper shelf reduces as temperatura increases and the specimen size reduces. This reinterpretation also helps to explain the dependence with the specimen size of the boundary temperature between the transition region and the upper shelf. The proposals are verified with experimental data of ferritic steels and thermoplastic polymers. In the case of polymers, the occurrence of different mechanisms at the same test conditions is postulated and, additionally, the determination of a threshold in the toughness values is analyzed. Results are graphically presented and extensively discussed.