Avaliação experimental e numérica do aço SAE 9254 via método dos elementos finitos : aplicação em fixações ferroviárias.

Abstract

O presente trabalho investigou a relação entre a microestrutura, as propriedades mecânicas e o desempenho em serviço do aço SAE 9254, com foco em sua aplicação em sistemas de fixação ferroviária. O estudo teve como objetivo principal fornecer uma explicação mecanicista para falhas prematuras observadas em grampos do tipo fastclip na Estrada de Ferro de Carajás (EFC). Para isso, integrou análises experimentais e modelagem computacional, caracterizando a microestrutura por Microscopia Óptica (MO) e Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV), e quantificando a segregação de elementos de liga. Ensaios de indentação instrumentada revelaram que as regiões segregadas apresentaram dureza até 38% superior à matriz. A simulação numérica por Método dos Elementos Finitos (MEF), desenvolvida a partir de microestruturas reais, demonstrou que as interfaces matrizsegregação atuam como severos concentradores de tensão. Sob carga de serviço, foram identificados picos de tensão principal máxima de até 1,5 GPa, indicando regiões de elevada criticidade mecânica predispostas à nucleação de trincas. Os resultados validaram um mecanismo de falha por fadiga, no qual a microestrutura severamente segregada do grampo fraturado atua como sítio preferencial para iniciação de trincas, reduzindo significativamente sua integridade estrutural e explicando sua vida útil substancialmente menor frente aos carregamentos cíclicos de serviço.