Aplicação do ensaio miniaturizado por penetração para determinação de propriedades mecânicas do aço API 5GP TOOL JOINT

Abstract

Até a primeira metade da década de 1980 o critério de falha amplamente utilizado para o projeto de estruturas e equipamentos mecânicos era baseada em tensão admissível. Contudo, com a elaboração de projetos cada vez mais complexos, começaram a ocorrer falhas catastróficas em condições de solicitação menores que a tensão admissível, tendo como causa, dentre outras razões, a presença de trincas. Para a avaliação da integridade estrutural desses elementos com descontinuidade é preciso conhecer as propriedades mecânicas do material. Para quantificar esses valores são realizados ensaios padronizados por normas nacionais e internacionais, sendo o padrão do American Society for Testing and Materials mundialmente utilizado. Essas normas geralmente requerem amostras com dimensões elevadas o que, em muitos casos, inviabilizam sua execução, seja porque o material disponível está numa quantidade limitada ou porque demandam após sua remoção reparos do componente sob estudo. Alternativamente a esses ensaios convencionais foram desenvolvidos ensaios em amostras com dimensões miniaturizadas que podem chegar a menos de 1% do volume dos ensaios convencionais. Dentre as técnicas desenvolvidas com essa finalidade o Small Punch Test vem se consolidando como um método viável para determinação dos parâmetros de fratura e resistência mecânica para materiais metálicos. Neste trabalho foi realizado a avaliação do método SPT, baseado no guia CWA 15627:2007, para caracterização mecânica do aço API 5DP Tool Joint. Foi determinada a tensão de escoamento com um erro de -0,1%, a tensão máxima com erro de -0,1%, para a condição engastada de ensaio em corpo de prova sem entalhe, quando comparados com os resultados dos ensaios convencionais.

Until the first half of the 1980s the failure criterion widely used for the design of mechanical structures and equipment was based on allowable stress. However, with the elaboration of increasingly complex designs, catastrophic failures began to occur under lower stress conditions than the allowable stress, with, among other reasons, the presence of cracks. For the evaluation of the structural integrity of these elements with discontinuity it is necessary to know the mechanical properties of the material. To quantify these values, tests are performed standardized by national and international standards, being the standard of the American Society for Testing and Materials used worldwide. These standards generally require large sample sizes, which in many cases make it impossible to perform, either because the material available is in limited quantity or because they require repairs to the component under study after removal. Alternatively to such conventional tests, tests have been developed on samples with miniaturized dimensions that can reach less than 1% of the volume of conventional tests. Among the techniques developed for this purpose, the Small Punch Test has been consolidated as a viable method to determine fracture parameters and mechanical strength for metallic materials. In this work, the evaluation of the SPT method based on the CWA 15627: 2007 guide for mechanical characterization of the API 5DP Tool Joint steel was performed. The yield stress with an error of -0.1%, the maximum stress with an error of -0.1% for the test body set-up condition. unnotch test when compared with conventional test results.