Evaluation of physical properties of cast iron by non-destructive testing: ultrasound and resonant frequency

In the production of automotive parts and components, nondestructive testing is of great importance for the estimation of physical and mechanical properties such as the detection of defects. This study aims the evaluation of two non-destructive tests (ultrasound and resonance frequency) by determining the elastic modulus and damping capacity in samples with different graphite morphology and also in thin wall sections of engine blocks. These techniques were also used to identify the presence of solidification microporosity. It was found that these methods allow estimating values of elastic modulus very accurately, better to that obtained with tensile test. Also the correlation between microstructure and mechanical and physical properties are better with ultrasonic and resonance frequency than with tensile test. Those tests also enable to characterize the influence of microporosities on the elastic behavior, as well as the response and sensitivity of damping capacity with the increase of interfaces in the microstructure. the resonant frequency test provide better results when compared with ultrasound, mainly for the characterization of the microstructure, the presence of defects and determination of modulus of elasticity and damping at specimens with regular geometry, since the results resonant test is affected by the total microstructure of the sample, not only by local microstructure, as in the ultrasonic testing. The study of the thin sections in cylinder blocks enabled to correlate microstructures with the thickness of the sections for both materials (gray and compacted graphite iron) and the modulus of elasticity. It also showed the influence of the graphite (morphology and nodularization) on the damping.. Due to geometric limits, the ultrasound test stood out to be more effective in the local measurement of modulus of elasticity for these samples. Thus, for the conditions of microstructure characterization, evaluation of properties and identification and determination of defects, ultrasound set to be more effective technique for scientific studies (samples with regular geometry) and direct application in the industry (thin sections of engine blocks ).Para a produção de peças e componentes automobilísticos, a utilização de ensaios não destrutivos é de grande importância, tanto para a estimativa de propriedades físicas e mecânicas como na detecção de defeitos. Este estudo tem por objetivo avaliar dois métodos de ensaios não destrutivos (ultrassom e frequência de ressonância) através da determinação do módulo de elasticidade e do amortecimento de vibrações para amostras com variação de morfologia da grafita e seções de parede fina dos blocos de motor. Essas técnicas também foram empregadas para identificar a presença de microporosidades de contração na solidificação. Verificou-se que essas metodologias permitem estimar valores de módulo de elasticidade com bastante precisão, superior à obtida com ensaios de tração e estabelecem melhores correlações entre as microestruturas e as propriedades mecânico-físicas. Esses ensaios, ainda, possibilitam caracterizar a influência dos microrechupes sobre o comportamento elástico, bem como a resposta e sensibilidade da capacidade de amortecimento com o aumento de interfaces na microestrutura do material. Através dessas avaliações observou-se uma maior eficácia do ensaio de frequência de ressonância quando comparado com o ultrassom, pois através desse pode-se obter melhores resultados para a caracterização das condições da microestrutura, da presença de defeitos e na determinação do módulo de elasticidade e amortecimento em corpos de prova de geometria regular. O estudo das seções finas possibilitou correlacionar as microestruturas com as espessuras das seções para ambos os materiais (ferro fundido cinzento e vermicular). Ainda possibilitou verificar a influência da grafita (morfologia e grau de nodularização) sobre o amortecimento. Para essas análises, verificaram-se as condições e dificuldades dos ensaios não destrutivos quanto à geometria e acabamento dos corpos de prova e fatores ligados à microestrutura. Durante esse estudo, o ensaio de ultrassom destacou-se por ser mais eficaz na medição local do módulo de elasticidade para essas amostras. Assim, para as condições de caracterização de microestrutura, avaliação das propriedades, e identificação e determinação de defeitos, o ultrassom configura ser a técnica mais eficaz para estudos científicos (amostras com geometria regular) e aplicação direta na indústria (seções finas dos blocos de motor).Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superio