Orientador: Itamar Ferreira

Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica

Resumo: A tendência mundial das estradas de ferro é utilizar carga elevada por vagão no transporte de produtos e alta velocidade no setor de passageiros. Em ambas as situações, as rodas ferroviárias são muito solicitadas mecanicamente e, em função disso, as propriedades mecânicas dessas rodas devem...

Resumo: A tendência mundial das estradas de ferro é utilizar carga elevada por vagão no transporte de produtos e alta velocidade no setor de passageiros. Em ambas as situações, as rodas ferroviárias são muito solicitadas mecanicamente e, em função disso, as propriedades mecânicas dessas rodas devem ser rigorosamente controladas, tendo em vista que as principais causas de acidentes envolvendo trincas nas rodas, ou a retirada da roda antes do final de sua vida, estão direta ou indiretamente associadas a baixos níveis de resistência mecânica, resistência à fadiga e tenacidade à fratura. O conhecimento do comportamento mecânico das rodas ferroviárias com base nas suas propriedades mecânicas é imprescindível para o projeto de rodas ferroviárias e para o aprimoramento de seu processo de fabricação. Este trabalho tem como objetivo caracterizar e analisar a microestrutura, as propriedades mecânicas e os micromecanismos de fratura de cinco rodas ferroviárias, duas fundidas e três forjadas, a partir de corpos-de-prova usinados dos aros e discos dessas rodas. As propriedades mecânicas analisadas são as básicas (limite de escoamento, limite de resistência à tração, alongamento específico até à fratura, redução de área, dureza e energia de impacto Charpy), a resistência à fadiga e a tenacidade à fratura, de corpos-de-prova usinados das rodas ferroviárias. Além das microestruturas e das propriedades mecânicas, foram também caracterizados e analisados os micromecanismos de fratura dos corpos-de-prova dos ensaios de fadiga e impacto, por meio de microscopia eletrônica de varredura. Os resultados dos ensaios indicam, em relação aos limites de escoamento e de resistência à tração, que não houve diferenças significativas entre as rodas fundidas e forjadas analisadas. Quanto à dureza (HRC), ductilidade (alongamento específico e redução de área) e tenacidade à fratura, as rodas forjadas apresentaram valores superiores. Em relação à resistência à fadiga, uma propriedade importante no caso de rodas ferroviárias, os corpos-de-prova usinados das rodas forjadas apresentaram melhores resultados em relação às rodas fundidas. Pode-se também concluir que, tanto para as propriedades mecânicas básicas e nobres como também para os micromecanismos de fratura, os resultados obtidos são compatíveis aos encontrados na literatura especializada, validando e comprovando que a metodologia de análise pode ser utilizada para melhorar os projetos e os processos de fabricação de rodas ferroviárias de aço fundidas e forjadas

Abstract: The word wide tendency of railroads is to use high load per wagon in cargo transport and high-speed in passenger sector. In both situations, the railway wheels are very mechanically requered, and as a result, the mechanical properties of these wheels should be controlled strictly in order...

Abstract: The word wide tendency of railroads is to use high load per wagon in cargo transport and high-speed in passenger sector. In both situations, the railway wheels are very mechanically requered, and as a result, the mechanical properties of these wheels should be controlled strictly in order that the main causes of accidents involving wheels cracks, or withdrawal of the wheel before end of its life, are directly or indirectly associated with low levels of strength, fatigue resistance and fracture toughness. Knowledge of the mechanical behavior of railway wheels based on their mechanical properties is essential for the design of railway wheels and the improvement of its manufacturing process. This work aims to characterize and analyze the microstructure, mechanical properties and fracture micromechanisms of five railway wheels, two cast and three forged, from the machined specimens of the rim and web of these wheels. The analyzed mechanical properties are the basics (yield strength, tensile strength, elongation, reduction in area, hardness and Charpy impact energy) the fatigue resistance and the fracture toughness, from the specimens machined of railway wheels. In addition to the microstructures and mechanical properties were characterized and analyzed the micromechanisms of fracture of the specimens of fatigue and impact tests, using scanning electron microscopy. The test results indicate, with respect to the yield strength and tensile strength, there were no significant differences between cast and forged wheels analyzed. The hardness (HRC), ductility (elongation and reduction in area) and fracture toughness of the forged wheels showed higher values. Regarding resistance to fatigue, an important property in the case of railway wheels, the forged wheels machined specimens shown better results compared to cast wheels. One can also conclude that, for both the basic and noble mechanical properties as well as for the micromechanisms of fracture, the results are compatible with those found in the literature, validating and verifying that the method of analysis can be used to improve the castings and forgings steel railway wheels and manufacturing processes and projects