Este documento descreve uma análise de fadiga de um aço AISI 4340 utilizando a simulação no software Pro-Engineer. O objetivo é avaliar o comportamento em fadiga do material através de curvas S/N. A simulação inclui ensaios de tração e fadiga que mostram a distribuição de tensões no material e o número de ciclos para falha. Os resultados incluem gráficos mostrando o fator de segurança para diferentes níveis de carga e ciclos.

1. CURSO DE ENGENHARIA MECÂNICA COM
ÊNFASE EM CIÊNCIAS DOS MATERIAIS
PROJETO DE CARACTERIZAÇÃO DOS MATERIAS
Análise de fadiga através do Pro-Engineer
Aluno: Rafael Cossolino

2. Micro Trincas
Trinca por
deslizamentos de Trinca por inclusão Trinca por contorno
planos de material de grão
cristalográficos

3. Propagação de Trincas

4. Equipamentos para analise de fadiga

5. Histerese do Material
Material sofre
amolecimento fica
mais dúctil.
Material sofre
endurecimento.

6. Introdução
 Em geral, os fabricantes especificam o produto para suportar esforços abaixo do
limite elástico, estes ensaiam os materiais, controlam o processo de produção e
tomam todos os cuidados para que o produto não apresente qualquer problema.
Apesar de todas essas precauções, é possível que, após algum tempo de uso
normal, de repente, sem aviso prévio e sem motivo aparente, o produto simplesmente
venha a falhar. Essa falha é típica de um fenômeno chamado fadiga.
 O aço comercial AISI 4340 é amplamente utilizados nas indústrias aeronáutica e
espacial por combinarem resistência e tenacidade, podendo trabalhar nos mais
variados tipos e níveis de solicitações. Ele tem elevados valores dos limites de
escoamento e resistência à tração

7. Objetivo
• O presente trabalho tem como objetivo avaliar, por meio de curvas
S/N, o comportamento em fadiga do aço AISI 4340, por meio da
utilização software Pro - mecânica do Pro - Engineer.
Matérias e Métodos
• Foi utilizado o Pro-Engineer para a simulação numérica deste
trabalho utilizou-se um aço AISI 4340. O valor limites de
escoamento e resistência do aço, 899 MPa e 1073 MPa
respectivamente, foram obtido em relação ao material recozido. O
corpo de prova para simulação foi desenhado no Pro Engineer
conforme Figura 1, e confeccionados segundo a norma ASTM E466

8. Matérias e Métodos
A composição química dos aços AISI 4340 e mostrada na Tabela 1.
C S P Si Mn Cr Ni Mo
4340 0,39 0,001 0,017 0,26 0,64 0,80 1,82 0,22
Tabela 1. Composição química dos aços 4340 (% em peso).
O valor limites de escoamento e resistência do aço, 899 MPa e
1073 MPa respectivamente, foram obtido em relação ao material
recozido.

9. Análise de tensões dentro no Material
 Simulações numéricas se consistem de ensaios de fadiga a ser
realizados no aço AISI 4340.
 Primeiramente se realizou uma simulação de ensaio de tração no
material ao qual e aplicou uma carga de 2000 N. O resultado dado
pelas Figuras 2a e 2b mostra a distribuição de tensão pela variação
de cores. A tensão mínima e de aproximadamente 26 MPa e a
máxima e de 198 MPa. Assim, não se atingiu o valor da tensão para
o inicio do escoamento plástico do material.
Limite de Resistência (MPa)
1073 MPa
Tensão de Escoamento (MPa)
899 MPa
Figura 2a e 2b mostrando a variação da tensão em MPa no aço.

10. Ensaio de Fadiga
 A Figura 5 representa a Vida em fadiga em escala
logarítmica (Fatigue Log Life). Esta corresponde ao
número de ciclos necessários para ocorrer a falha
em um nível de tensão específico. Os números de
ciclos foi 107 (10 milhões) e tensão 2000N(Figura 5).
106,795=0,624x107
6,24 milhões de
ciclos
Figura 5 - Número de ciclos 107.

11. Fator de Segurança
 Para projetos mecânicos as tolerâncias de projeto devem ser feitas para proteger-se
contra uma falha não prevista. Assim as incertezas existirão na magnitude das cargas
aplicadas para aplicações em serviço; geralmente, cálculos de tensão são apenas
aproximados. Portanto, tensão admissível, ou seja, o fator de segurança está
baseado no limite de escoamento do material, se a tensão superficial for igual a
tensão de escoamento do material seu fator de segurança será igual a 1. Já o fator
de segurança para fadiga é voltado não a carga e sim para quantidade de ciclos
impostos para o trabalho do material, pois a fadiga se inicia em tensões bem abaixo
do limite de escoamento, a fadiga surge na fratura do material (micro ou macro
trincas), de maior parte de origem interna, causadas durante um ciclo, tratamento,
forjamento, fundição e outros.

12. Resultados Obtidos
 A seguir são mostrados os resultados nas Figuras 7 a 10 do fator de
segurança para as simulações numéricas.
Figura 7 - Número de ciclos 103. Figura 8 - Número de ciclos 104.
Figura 9 - Número de ciclos 107. Figura 10 - Número de ciclos 1010.

13. Gráfico Tensão (S) x Ciclos (N)
900
800
Tensão (MPa)
700
600
500
400
300
200
100
100 1000 10000 100000 1000000 1E7
Número de ciclos

14. Bibliografia
 MANFÉ, GIOVANNI; POZZA, RINO; SCARATO, GIOVANNI.
Desenho técnico mecânico: curso completo para as escolas
técnicas e ciclo básico das faculdades de engenharia. Hemus,
2004.
 MATSUMOTO, ÉLIA YATHIE. AUTOCAD 2006: Guia Prático 2D &
3D. Editora Érica Ltda., São Paulo - SP, 2005.
 FIALHO, ARIVELTO BUSTAMANTE. Pro/Engineer – Wildfire 3.0:
Teoria e Prática no Desenvolvimento de Produtos Industriais –
Plataforma para Projetos CAD/CAE/CAM. 1a Edição, Editora Érica
Ltda., São Paulo - SP, 2006.