Utilização de ondas ultrassônicas para caracterização não destrutiva de vergalhões de aço com diferentes tratamentos térmicos

Authors

  • Maria Helena Teles Lopes
  • Álvaro Barbosa de Carvalho Júnior
  • Maurílio José Inácio
  • Sandy Caroline Soares Gomes
  • Thiago de Castro Guimarães
  • Adalto Soares da Fonseca Júnior

DOI:

https://doi.org/10.55905/revconv.17n.6-221

Keywords:

aço, ultrassom, propriedades elásticas, tratamento térmico

Abstract

O objetivo deste estudo foi utilizar a propagação de ondas ultrassônicas para caracterizar as propriedades elásticas dos vergalhões de aço CA-50 em diferentes condições de tratamento térmico. Para isso, foi utilizado um sistema eletrônico de ultrassom com transdutores piezoelétricos de 2 MHz de frequência, além de modelos matemáticos que estão em função das velocidades de propagação das ondas ultrassônicas e valores de densidade. As velocidades ultrassônicas foram determinadas com o método da transmissão ultrassônica utilizando mel como material acoplante. Assim, por meio das equações de rigidez para os materiais isotrópicos, foi possível constatar as perdas nas propriedades elásticas das barras laminadas a quente após os tratamentos térmicos de recozimento e têmpera em água. Estes resultados, aliados a redução da velocidade longitudinal e densidade, foram discutidos e comparados com os valores medidos de dureza Brinell, que confirmaram as mudanças microesturuais decorrentes dos tratamentos térmicos. Com a propagação das ondas ultrassônicas também foi possível constatar que a rigidez dos vergalhões tratados termicamente não está diretamente relacionada com os valores dureza.  

References

ABNT - ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 7480: Barras e Fios

Destinados a Armadura para Concreto Armado, Rio de Janeiro. 2007.

ABNT - ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 8800: Projeto de Estruturas de Aço e de Estruturas Mistas de Aço e Concreto de Edifícios, Rio de Janeiro. 2008.

ASTM-E494-95. Standard Practice for Measuring Ultrasonic Velocity in Materials, 1995. Disponível em: <https://www.astm.org/DATABASE.CART/HISTORICAL/E494-95.htm>. Acesso em: 16 maio 2024.

ASTM-E10-17. Standard Test Method for Brinell Hardness of Metallic Materials, 2012. Disponível em: < https://www.astm.org/e0010-17.html>. Acesso em: 16 maio 2024.

CALLISTER JR, W. D.; RETHWISCH, D. G. Ciência e Engenharia dos Materiais: Uma Introdução. 8. ed. Rio de Janeiro: LTC, 2016.

CARVAJAL, L.; ARTIGAS, A.; MONSALVE, A.; ARÉVALO, E. Monitoring heat treatments in steels by a non destructive ultrasonic method. Materials Research, v. 20 (suppl. 2), p. 347- 352, 2017.

CARVALHO JR., A. B.; INÁCIO, M. J.; DIAS, M. P. A.; LOPES, M. H. T.; CARVALHO, A. C. N. M.; RAMOS, S. G. Characterization of the Elastic and Mechanical Properties of 1020 Steel with the Ultrasonic Transparency Technique. International Journal of Advanced Engineering Research and Science, v. 8, p. 227-234, 2021.

CARVALHO JR., A. B.; LOPES, M. H. T.; INÁCIO, M. J.; RAMOS, S. G.; RODRIGUES, D. S.; FROES, G. D.; FONSECA, V. M. B.; OLIVEIRA, J. A. V. Determination of Elastic and Mechanical Properties in CA-50 Steel by using Ultrasonic Waves. International Journal of Advanced Engineering Research and Science, v. 9, p. 249-255, 2022.

COSTA, C. N.; SILVA, V. P. Estruturas de concreto em situação de incêndio. In: JORNADAS SUL-AMERICANAS DE ENGENHARIA ESTRUTURAL, v. 20, p.4, 2002.

FEITOSA, A. L. M; ALMEIDA, E. D. S; RIBAMAR, G. G.; SILVA, M. J. G. D. Análise da microestrutura e das propriedades mecânicas do vergalhão CA-50 em diferentes estados de tratamento térmico. In: 71O CONGRESSO ANUAL DA ABM – INTERNACIONAL E 16O ENEMET – ENCONTRO NACIONAL DE ESTUDANTES DE ENGENHARIA METALÚRGICA DE MATERIAIS E DE MINAS, 26-30 setembro, Rio de Janeiro, RJ, 2016.

FREITAS, V. L. A.; ALBUQUERQUE, V. H. C.; SILVA, E. M.; SILVA, A. A.; TAVARES, J. M. R. Nondestructive characterization of microstructures and determination of elastic properties in plain carbon steel using ultrasonic measurements. Mater. Sci. Eng. A., vol. 527, p. 4431–4437, 2010.

GARCIA, A.; SPIM, J. A.; SANTOS, C. A. Ensaio dos Materiais. Rio de Janeiro: LTC, 2014.

GINZEL, E.; TURNBULL, B. Determining approximate acoustic properties of materials. e-Journal of Nondestructive Testing (NDT), 2016.

HAMIDNIA M.; HONARVAR, F. Measurement of elastic properties of aisi 52100 alloy steel by ultrasonic nondestructive methods. Journal of Mechanics of Materials and Structures, v. 7, p. 951–961, 2012.

HUANG, S.; VITOS, L. Ligas de alta entropia: parâmetros e tendências elásticas. Módulo de

Referência em Ciência de Materiais e Engenharia de Materiais, 2019.

KALPAKJIAN, S.; SCHMID, S. R. Manufacturing engineering and Technology. 6o ed. Upper Saddle River: Prentice Hall, 2009.

KIM, S. A.; JOHNSON, W. L. Constantes elásticas e fricção interna de aço martensítico, aço ferrítico-perlítico e ferro α. Ciência e Engenharia de Materiais: A, v. 452-453, p. 633-639, 2007.

KRAUTKRAMER, J.; KRAUTKRAMER, H. Ultrasonic Testing of Materials. Berlin: Springer-Verlag, 1990. v. 4 ◦ Edição.

LOPES, M. H. T.; CARVALHO JR., A. B.; INÁCIO, M. J.; GOMES, S. C. G.; GUIMARÃES, T. C.; SOUZA, L. B. F. Utilização de técnicas acústicas para determinação das propriedades elásticas do aço CA-50 tratado termicamente. Peer Review, v. 5, p. 16-30, 2023.

LUECKE, W. E.; MCCOLSKEY, J. D.; MCCOWAN, C. N.; BANOVIC, S. W.; FIELDS, R. J.; FOECKE, T. J.; SIEWERT, T. A.; GAYLE, F. W. Federal Building and Fire Safety Investigation of the World Trade Center Disaster: Mechanical Properties of Structural Steel. NIST NCSTAR1‐3D, National Institue of Standards and Technology, Gaithersburg, MD, USA, 2005.

OLYMPUS. Ultrasonic transducers technical notes, 2019. Disponível em: https://www.olympus-ims.com/pt/resources/white-papers/ultrasonic-transducer-technical- notes/. Acesso em: 15 de maio de 2024.

RAYES, M. E.; El-DANAF, E.; ALMAJID, A. Ultrasonic characterization of heat- treatment effects on SAE-1040 and SAE-4340 steels. J. Mat. Proc. Tech., v. 216, p. 188-198, 2015.

SOUZA, S. A. Ensaios mecânicos de materiais metálicos - Fundamentos teóricos e práticos. São Paulo: Blucher, 2014. v. 5.

VICTORIA, D. B.; GEORGE, G.; BABU, A. V. Microstructure and it’s effect to ultrasonic velocity of austenitic stainless steel in thermal variations. International Journal for Research in Applied Science Engineering Technology (IJRASET), v. 3, 2015.

WAAG, G.; HOFF, L.; NORLI, P. Air-coupled Thickness Measurements of Stainless Steel. ArXiv preprint arXiv:1210.0428, 2012.

WISKEL, J. B.; KENNEDY, J.; IVEY, D. G.; HENEIN, H. Ultrasonic velocity evaluation of three grades of heat treated steel. Departamento de Engenharia Química e de Materiais, Universidade de Alberta, Canadá, 2015.

Published

2024-06-19

How to Cite

Lopes, M. H. T., Carvalho Júnior, Álvaro B. de, Inácio, M. J., Gomes, S. C. S., Guimarães, T. de C., & Fonseca Júnior, A. S. da. (2024). Utilização de ondas ultrassônicas para caracterização não destrutiva de vergalhões de aço com diferentes tratamentos térmicos . CONTRIBUCIONES A LAS CIENCIAS SOCIALES, 17(6), e7625. https://doi.org/10.55905/revconv.17n.6-221

Issue

Section

Articles