Upload
marcos-morais
View
144
Download
2
Embed Size (px)
Citation preview
Análise de falhas
Análise de falhas - Modos de fraturas 1
Parte II
Tipos de fratura
Fratura Dúctil
Análise de falhas - Modos de fraturas 2
O modo de fratura dúctil é sempre preferido por duas razões:
• A presença de deformação plástica na fratura dúctil fornece um alerta de que a fratura é eminente, permitindo tomar uma ação para diminuir o carregamento.
• As fraturas dúcteis consomem muita energia para a nucleação e a propagação.
Modos de fratura
Fratura Dúctil
Análise de falhas - Modos de fraturas 3
Aspecto da fratura dúctil por tração em Fe-3%Si monocristalino mostrando linhas de escorregamento e estricção. Fractography, Derek Hull Cambridge University Press.
Modos de fratura
Fratura Dúctil
Análise de falhas - Modos de fraturas 4
• Todos os modos de fratura envolvem duas etapas: nucleação e crescimento de uma trinca.
• Na fratura dúctil este processo é relativamente lento e a trinca se comporta de forma estável, ou seja, não há o crescimento da trinca sem um aumento na tensão aplicada.
• As fraturas dúcteis apresentam características macro e microscópicas marcantes. A mais relevante é a formação de alvéolos (“dimples”).
Modos de fratura
Fratura Dúctil
Análise de falhas - Modos de fraturas 5
No ponto de máximo da curva (tensão de resistência), inicia-se o processo de redução de área. Microscopicamente, a “floresta de discordâncias” interage com as partículas de 2ª fase da microestrutura, nucleando os alvéolos da fratura dúctil.
σ[Mpa]
σr
ε[%]
E
Deformação plástica
Modos de fratura
Fratura Dúctil
Análise de falhas - Modos de fraturas 6
Floresta de discordâncias. Micrografia obtida por transmissão eletrônica de uma liga de titânio em que as linhas escuras são discordâncias. 51450 X. (Cortesia de M. R. Plichta, Michigan Universidade Tecnológica).
Modos de fratura
Fratura Dúctil
Análise de falhas - Modos de fraturas 7
As discordâncias atingem as partículas nucleando trincas microscópicas na interface entre a matriz e a partícula de 2ª fase.
Modos de fratura
Fratura Dúctil
Análise de falhas - Modos de fraturas 8
As trincas entre as partículas coalescem formando uma trinca macroscópica (fratura).
Modos de fratura
Fratura Dúctil
Análise de falhas - Modos de fraturas 9
Análise de falhas - Modos de fraturas 10
Modos de fratura
Fratura Dúctil
A superfície de fratura é formada pela abertura da trinca macroscópica, que por sua vez é formada por união das micro trincas formadas ao redor das partículas de 2ª fase.
Efeito das partículas de segunda fase na fratura dúctil em metal policristalino mostrando formação de alvéolos. Fractography Derek Hull Cambridge University Press.
Modos de fratura
Fratura Dúctil
Análise de falhas - Modos de fraturas 11
Influência da direção da tensão principal na morfologia dos alvéolos
Modos de fratura
Fratura Dúctil
Análise de falhas - Modos de fraturas 12
Superfície de fratura de corpo-de-prova de tração. Liga de alumínio 6152F.
15 x 700 x
Modos de fratura
Fratura Dúctil
Análise de falhas - Modos de fraturas 13
Superfície de fratura de corpo-de-prova de tração. Aço carbono. SAE 1045.
15 x 700 x
Modos de fratura
Fratura Dúctil
Análise de falhas - Modos de fraturas 14
Intergranular dimple rupture in a steel specimen resulting from microvoid coalescence at grain boundaries.
Modos de fratura
Fratura Dúctil
Análise de falhas - Modos de fraturas 15
Modos de fratura
Fratura Dúctil
Análise de falhas - Modos de fraturas 16
Tipos de fratura
Fratura Frágil
Análise de falhas - Modos de fraturas 17
Ilustração de ferramentas de pedra da pré-história mostrando sucessão de superfícies de fratura de aspecto conchoidal, decorrentes do processo de fabricação (flaking process). Lucile R. Addington, Lithic illustration, 1986, University of Chicago –in Fractography, Derek Hull, Cambridge Press.
Modos de fratura
Fratura Frágil
Análise de falhas - Modos de fraturas 18
Na fratura frágil, a trinca nucleia e propaga-se de maneira rápida com pequena ou nenhuma deformação plástica. As trincas frágeis são consideradas instáveis, pois uma vez iniciadas, propagam-se espontaneamente, sem qualquer alteração na magnitude da tensão aplicada.
σ[Mpa]
σr
ε[%]
E
Deformação plástica
Modos de fratura
Fratura Frágil
Análise de falhas - Modos de fraturas 19
Análise de falhas - Modos de fraturas 20
Modos de fratura
Fratura Frágil
Macroscopicamente, a fratura frágil apresenta marcas em “V” denominadas “chevron marks” (marcas de sargento). As marcas de sargento apontam para o ponto de nucleação da trinca.
Modos de fratura
Fratura Frágil
Análise de falhas - Modos de fraturas 21
Para a maioria dos materiais cristalinos a propagação de trincas frágeis ocorre por repetidas e sucessivas quebras de ligações metálicas ao longo de planos cristalinos, denominados planos de clivagem. A clivagem é transgranular e microscopicamente a fratura exibe uma série de facetas, como resultado dos diferentes planos de clivagem.
Modos de fratura
Fratura Frágil
Análise de falhas - Modos de fraturas 22
A fratura atravessa os grãos.
Fratura frágil evidenciando facetas de clivagem.
100 x 400 x
Modos de fratura
Fratura Frágil
Análise de falhas - Modos de fraturas 23
Marcas de sargento apontam para região de início de fratura. ASM Handbook. FAILURE ANALYSIS AND
PREVENTION v. 11
Modos de fratura
Fratura Frágil
Análise de falhas - Modos de fraturas 24
Detalhe de uma roda trincada
Modos de fratura
Fratura Frágil
Análise de falhas - Modos de fraturas 25
Modos de fratura
Fratura Frágil
Análise de falhas - Modos de fraturas 26
Modos de fratura
Fratura Frágil
Grelhas fundidos em
aço baixa liga e
submetidas à têmpera
integral.
Análise de falhas - Modos de fraturas 27
Modos de fratura
Fratura Frágil
Análise de falhas - Modos de fraturas 28
Tipos de fratura
Fratura Intergranular
Análise de falhas - Modos de fraturas 29
As fraturas intergranulares decorrem da decoesão dos contornos de grão.
Modos de fratura
Fratura Intergranular
Análise de falhas - Modos de fraturas 30
A fratura passa ao longo dos contornos dos grãos.
Análise de falhas - Modos de fraturas 31
Modos de fratura
Fratura Intergranular
Fratura intergranular Os seguintes fenômenos produzem fraturas intergranulares: Trincas de têmpera; Fragilização por revenido, “Rock candy” e Fragilização por hidrogênio.
Modos de fratura
Fratura Intergranular
Análise de falhas - Modos de fraturas 32
Trincas de têmpera
Análise de falhas - Modos de fraturas 33
A variação volumétrica resultante da transformação martensítica depende, predominantemente, do teor de C contido no aço.
Susceptibilidade
Modos de fratura
Trincas de tempera
Análise de falhas - Modos de fraturas 34
Susceptibilidade
Camada inicial de martensita
Camada sub superficial austenítica
Modos de fratura
Fratura Frágil
Análise de falhas - Modos de fraturas 35
Início
Modos de fratura
Fratura Frágil
Análise de falhas - Modos de fraturas 36
A gênese das trincas de têmpera pode ser resumida em:
• forma-se uma camada inicial de martensita;
• com a resfriamento, as camadas de austenita sub-superficiais sofrem a transformação martensítica com um atraso em relação a camada inicial;
• estas transformações posteriores (com expansão volumétrica) impõem tensões de tração sobre acamada inicial, que pode resultar em trincas, se estas tensões ultrapassarem o limite de resistência.
Gênese
Modos de fratura
Fratura Frágil
Análise de falhas - Modos de fraturas 37
Engrenagem temperada Superficialmente (têmpera por indução).
Exemplos
Modos de fratura
Fratura Frágil
Análise de falhas - Modos de fraturas 38
Trincas de têmpera Exemplos
Modos de fratura
Fratura Frágil
Análise de falhas - Modos de fraturas 39
Martelos fundidos em aço 5140 e submetidos à têmpera integral
Trincas de têmpera Exemplos
Modos de fratura
Fratura Frágil
Análise de falhas - Modos de fraturas 40
Trincas de têmpera Exemplos Aspecto intergranular em superfície de fratura.
Modos de fratura
Fratura Frágil
Análise de falhas - Modos de fraturas 41
Fragilidade ao revenido
Análise de falhas - Modos de fraturas 42
Fragilidade ao revenido (500°C)
• Quando aços ao carbono e baixa-liga são revenidos por longos períodos ou resfriados lentamente através entre 375ºC e 575ºC, estes apresentam uma tenacidade inferior à obtida para temperaturas de revenimento mais baixas.
• Este fenômeno é chamado de fragilidade ao revenido reversível ou fragilidade dos 700°F.
Modos de fratura
Fratura Frágil
Análise de falhas - Modos de fraturas 43
Fragilidade ao revenido (500°C)
• A fragilidade ao revenido provoca decoesão dos antigos contornos austeníticos (fratura intergranular).
• A causa deste fenômeno é creditada a segregação de compostos contendo impurezas como P, Sb, As, Sn.
• O intensidade da fragilização aumenta com a presença dos elementos de liga Mn, Cr e Ni.
Modos de fratura
Fratura Frágil
Análise de falhas - Modos de fraturas 44
Fragilidade ao revenido (500°C) • A cinética de fragilização obedece
uma curva em C com o cotovelo entre 500°C e 550°C.
• Abaixo dos 370°C, a difusão destas impurezas é baixa e não ocorre a fragilização.
• Acima dos 565°C, estas difundem-se e retornam à condição não-fragilizante.
Análise de falhas - Modos de fraturas 45
Modos de fratura
Fratura Frágil
Fragilidade ao revenido (500°C)
• Obviamente, quanto menor a concentração destas impurezas menores os efeitos na tenacidade.
• Aços submetidos a fragilização pelo revenido podem ter sua tenacidade restaurada pelo aquecimento até aproximadamente 600ºC, manutenção por alguns minutos e resfriamento rápido.
• O tempo para a restauração da tenacidade depende do teor de elementos de liga e da temperatura do reaquecimento.
Análise de falhas - Modos de fraturas 46
Modos de fratura
Fratura Frágil
Fragilidade ao hidrogênio
Análise de falhas - Modos de fraturas 47
Fragilização por hidrogênio
• A maioria dos processos galvânicos de recobrimento apresentam quantidades significativas de hidrogênio no estado iônico que difunde-se para o interior do metal pela diferença de concentração de H.
• A difusão de hidrogênio apresenta diversos efeitos deletérios, que incluem: geração de tensões internas, fragilização e/ou a precipitação de hidretos.
Análise de falhas - Modos de fraturas 48
Modos de fratura
Fratura Frágil
Fragilização por hidrogênio • A fragilização por hidrogênio
produz fraturas intergranulares. • Provar que a fratura foi resultado
do hidrogênio é quase sempre impossível devido a saída gradativa do hidrogênio da estrutura cristalina (intervalo de tempo entre a fratura e a análise de H).
Análise de falhas - Modos de fraturas 49
Modos de fratura
Fratura Frágil
Fragilização por hidrogênio DESIDROGENIZAÇÃO
• O tratamento de desidrogenização (também chamado de “baking”) tem a função de remover o hidrogênio do metal.
• É realizado em estufa, em temperaturas da ordem de 150°C a 250ºC imediatamente após o processo de recobrimento. Os tempos variam entre 1 h e 5 h de tratamento.
Análise de falhas - Modos de fraturas 50
Modos de fratura
Fratura Frágil
“Rock candy”
Análise de falhas - Modos de fraturas 51
“Rock candy”
• O “Rock candy” é uma fragilização dos contornos de grão austeníticos provocada pela precipitação de AlN (nitreto de alumínio).
• Este fenômeno é característico em aços fundidos contendo teores de Al acima de 0,05%.
Fratura intergranular (rock
candy) em aço fundido.
Análise de falhas - Modos de fraturas 52
Modos de fratura
Fratura Frágil
Quanto maior a dimensão do fundido, menor a sua velocidade de resfriamento, produzindo microestruturas frágeis com menor teor de Al.
Análise de falhas - Modos de fraturas 53
Modos de fratura
Fratura Frágil
“Rock candy” As fraturas resultantes de “rock candy” são intergranulares (grãos austeníticos). Na superfície dos grãos observa-se o aspecto dendrítico dos nitretos.
Macrografia evidenciando a precipitação de AlN em contornos de grão austeníticos em aço fundido.
Análise de falhas - Modos de fraturas 54
Modos de fratura
Fratura Frágil
Precipitação de AlN em contornos de grão austeníticos em aço fundido.
“Rock candy”
Análise de falhas - Modos de fraturas 55
Modos de fratura
Fratura Frágil
“Rock candy”
Precipitação de AlN em contornos de grão austeníticos em aço fundido.
Análise de falhas - Modos de fraturas 56
Modos de fratura
Fratura Frágil
Fratura por fadiga
Análise de falhas - Modos de fraturas 57
Fadiga dos metais
• As falhas mecânicas decorrentes de CARREGAMENTOS CÍCLICOS que APRESENTEM TENSÕES DE TRAÇÃO são denominadas de falhas por FADIGA, em virtude de serem observadas, geralmente, após um período de serviço considerável.
• 90% das falhas de componentes mecânicos são decorrentes de fadiga.
Análise de falhas - Modos de fraturas 58
Fadiga
Fadiga de um material
• A fadiga é um processo de redução da capacidade de carga de componentes estruturais pela ruptura lenta do material, através do avanço quase infinitesimal da trinca a cada ciclo de carregamento.
• A fadiga ocorre pela presença de tensões que variam com o tempo, que provocam deformações plásticas cíclicas localizadas nos pontos mais críticos.
• Estas deformações levam a uma deterioração do material que dá origem a uma trinca de fadiga que, com o prosseguimento do carregamento variável, vai crescendo, até atingir um tamanho suficiente para provocar a ruptura final.
Análise de falhas - Modos de fraturas 59
Fadiga
Fadiga dos metais Histórico
• Falhas por fadiga são relatadas desde 1828.
• O termo fadiga foi empregado por Poncelet em 1839.
• August Wöhler estudou fraturas por fadiga em eixos ferroviários em 1860.
• As fraturas por fadiga representam custos da ordem de 3% do PIB americano (90 bilhões de dólares em 1983).
Análise de falhas - Modos de fraturas 60
Fadiga
Fadiga dos metais Histórico
Caso dos Comets - 1955
Análise de falhas - Modos de fraturas 61
Fadiga
Análise de falhas - Modos de fraturas 62
Fadiga
Análise de falhas - Modos de fraturas 63
Fadiga
Vista geral de uma fratura por fadiga evidenciando as marcas de praia.
• Em componentes estruturais, a falha se inicia sempre nos pontos mais solicitados. Quando a solicitação é dinâmica, esta falha começa na forma de pequenas trincas de fadiga, que vão crescendo e reduzindo a seção resistente, até que uma sobrecarga faz com que ocorra a ruptura final, por uma propagação brusca da trinca.
Análise de falhas - Modos de fraturas 64
Fadiga
Fadiga de alto ciclo
• Fadiga de alto ciclo – refere-se a ocorrência de fadiga em componentes submetidos a um número de ciclos superior a 104. Está associada a pequenas deformações, nominalmente elásticas.
• É o tipo mais importante e, assim, o objeto de maior interesse
Análise de falhas - Modos de fraturas 65
Fadiga
Fadiga de baixo ciclo
• Fadiga de baixo ciclo – manifestação de uma ou mais trincas de fadiga decorrentes de tensões cíclicas com duração de até 104 ciclos. A fadiga de baixo ciclo é acompanhada por deformações plásticas significativas.
Análise de falhas - Modos de fraturas 66
Fadiga
Fadiga térmica
• Fadiga térmica – é o processo de fadiga em que as tensões cíclicas são causadas por expansão ou contração decorrentes de ciclos térmicos de aquecimentos e
resfriamentos.
Análise de falhas - Modos de fraturas 67
Fadiga
Fadiga de contato
• Fadiga de contato (“freeting”) – refere-se aos processos de fadiga em componentes submetidos ao rolamento entre duas superfícies. É um fenômeno comum em engrenagens e rolamentos. O processo envolve a ocorrência de tensões cíclicas sub superficiais que promovem a nucleação de trincas sub superficias. Com o crescimento destas trincas até a superfície de contato, ocorre a fratura de pequenos fragmentos metálicos na forma de segmentos semiesféricos.
Análise de falhas - Modos de fraturas 68
Fadiga
Corrosão-fadiga Fadiga associada à corrosão (corrosão fadiga) – refere-se às fraturas causadas pela ação conjunta de fadiga e corrosão.
Análise de falhas - Modos de fraturas 69
Fadiga
Carregamentos e tensões cíclicas CICLO DE TENSÕES REVERSO: Possui forma senoidal. As tensões máximas e mínimas são iguais em módulo, porém, de sinais opostos. É o ciclo artificial mais comum em máquinas de fadiga. Entretanto, existem ciclos reais como aqueles desenvolvidos por eixos rotativos operando a velocidade constante e sem sobrecargas.
Análise de falhas - Modos de fraturas 70
Fadiga
Carregamentos e tensões cíclicas CICLO DE TENSÃO FLUTUANTE: Tensão máxima (σmax.) e a tensão mínima (σmin.) são diferentes e assimétricas em relação ao zero.
Análise de falhas - Modos de fraturas 71
Fadiga
Carregamentos e tensões cíclicas CICLO DE TENSÕES COMPLEXAS: As tensões e a freqüência variam aleatoriamente. É o tipo mais comum se tensão cíclica. • Exemplo: asa de avião, que está sujeita a sobrecargas
periódicas.
• Nos ensaios de fadiga são empregadas simulações com versões simplificadas destes ciclos.
Análise de falhas - Modos de fraturas 72
Fadiga
Carregamentos e tensões cíclicas
Análise de falhas - Modos de fraturas 73
Fadiga
Análise de falhas - Modos de fraturas 74
Fadiga
TENSÃO MÉDIA (σm) • É a média algébrica das tensões máxima e
mínima no ciclo
Parâmetros aplicáveis aos ciclos de tensões
Análise de falhas - Modos de fraturas 75
Fadiga
• AMPLITUDE DE TENSÃO (σa) • Corresponde a metade do intervalo de tensões
Parâmetros aplicáveis aos ciclos de tensões
Análise de falhas - Modos de fraturas 76
Fadiga
Parâmetros aplicáveis aos ciclos de tensões
• RELAÇÃO DE TENSÕES (R) ou (A) • Corresponde a relação entre as amplitudes de tensão
mínima e máxima.
Análise de falhas - Modos de fraturas 77
Fadiga
Ensaios de fadiga Os ensaios de fadiga podem ser realizados: • em corpos-de-prova usinados, visando a obtenção de
curvas S-N de materiais metálicos, poliméricos e cerâmicos e
• em componentes ou estruturas em seu estado acabado. Nestes casos, os componentes são submetidos a simulações de condições de serviço ou ensaios acelerados.
Análise de falhas - Modos de fraturas 78
Fadiga
Ensaio de fadiga em
corpos-de-prova
Análise de falhas - Modos de fraturas 79
Ensaios de fadiga em corpos de prova
• Construção de curva S-n para corpos-de-prova usinados de aço SAE 1045 por meio de flexão rotativa em dois estados de acabamento: usinado e polido
• Parte dos pontos já foram determinados e deverão ser lançados em curva S x n e
• Observação macroscópica de fraturas por fadiga.
Análise de falhas - Modos de fraturas 80
Fadiga
Ensaios de fadiga em corpos de prova
Análise de falhas - Modos de fraturas 81
Fadiga
Análise de falhas - Modos de fraturas 82
Ensaios de fadiga em corpos de prova
Fadiga
Máquina de fadiga por flexão rotativa
Ensaios de fadiga em corpos de prova
Máquina de fadiga por flexão rotativa
Análise de falhas - Modos de fraturas 83
Fadiga
Ensaios de fadiga em corpos de prova
Análise de falhas - Modos de fraturas 84
Fadiga
Curvas S-n ferrosos x não-ferrosos Metais ferrosos e ligas de Ti apresentam limite de fadiga. Metais não-ferrosos são dimensionados pela vida fadiga (108 ou 109 ciclos)
Análise de falhas - Modos de fraturas 85
Fadiga
Curvas S-n Natureza estatística das curvas
Análise de falhas - Modos de fraturas 86
Fadiga
Aspectos macroscópico e microscópico das fraturas por fadiga
Análise de falhas - Modos de fraturas 87
Fadiga
Aspectos da fratura por fadiga As fraturas decorrentes dos processos de fadiga apresentam características macro e microfractográficas particulares.
Análise de falhas - Modos de fraturas 88
Fadiga
Aspectos macrofractográficos da fadiga
• Marcas de praia: São observadas á olho nú ou com até 10 vezes de aumento.
• As marcas de praia são encontradas em componentes que são sujeitos a interrupções (ou alterações bruscas no ciclo de tensão) durante a propagação da trinca no estágio II. Por exemplo: Um componente que trabalha um determinado n° de horas no dia.
Análise de falhas - Modos de fraturas 89
Fadiga
Aspectos macrofractográficos da fadiga
Análise de falhas - Modos de fraturas 90
Fadiga
Análise de falhas - Modos de fraturas 91
Fadiga
B- pontos de origem da trinca; C- ruptura final (estágio III)
Análise de falhas - Modos de fraturas 92
Fadiga
Aspectos macrofractográficos da fadiga
Marcas de praia
Análise de falhas - Modos de fraturas 93
Fadiga
Aspectos macrofractográficos da fadiga
Marcas de praia em pistão de alumínio fundido em liga Al-12Si-3Cu.
Análise de falhas - Modos de fraturas 94
Fadiga
Aspectos macrofractográficos da fadiga
Origem da trinca
Origem da trinca
Articulação de ônibus em ferro fundido nodular
Análise de falhas - Modos de fraturas 95
Fadiga
Aspectos macrofractográficos da fadiga
Fratura por fadiga originada no fundo do rasgo de chaveta.
Análise de falhas - Modos de fraturas 96
Fadiga
Aspectos macrofractográficos da fadiga
Origem da
trinca
Equipamento e localização do parafuso retirado de serviço no equipamento.
Análise de falhas - Modos de fraturas 97
Fadiga
Aspectos macrofractográficos da fadiga
Vista geral da região de origem da trinca de fadiga evidenciando
“marcas de praia” e marcas de dente. As “marcas de dente”
indicam que a trinca nucleou de forma independente em vários
pontos na superfície. Com o crescimento destas trincas ocorreu
a intersecção formando uma única trinca de fadiga.
Aspectos macrofractográficos da fadiga
Análise de falhas - Modos de fraturas 98
Fadiga
“Marcas de praia”
“Marcas de dente”
Marcas de praia em roda automotiva fundida em liga Al-11Si.
Aspectos macrofractográficos da fadiga
Análise de falhas - Modos de fraturas 99
Fadiga
Origem
Marcas de praia em eixo submetido a flexão simples.
Análise de falhas - Modos de fraturas 100
Fadiga
Origem
Aspectos macrofractográficos da fadiga
Marcas de praia em eixo submetido a flexão bilateral.
Análise de falhas - Modos de fraturas 101
Fadiga
Aspectos macrofractográficos da fadiga
Marcas de praia em eixo submetido a flexão rotativa.
Análise de falhas - Modos de fraturas 102
Fadiga
Aspectos macrofractográficos da fadiga
Fratura por fadiga em engates ferroviários fundidos em aço.
Análise de falhas - Modos de fraturas 103
Fadiga
Aspectos macrofractográficos da fadiga
Marcas de praia em chapa de aço SAE 1010
Análise de falhas - Modos de fraturas 104
Fadiga
Aspectos macrofractográficos da fadiga
Aspectos
microfractográficos da fadiga
Análise de falhas - Modos de fraturas 105
Fadiga
Estrias de fadiga:
• As estrias de fadiga possuem dimensões microscópicas e somente são observadas em microscópio eletrônico de varredura (MEV) com ampliações entre 500 e 5000 x. Cada estria representa o avanço da trinca em um único ciclo de tensão.
Análise de falhas - Modos de fraturas 106
Fadiga
Aspectos microfractográficos da fadiga
Estrias de fadiga
Análise de falhas - Modos de fraturas 107
Fadiga
Aspectos microfractográficos da fadiga
Estrias em palheta de rotor fundido em alumínio
Análise de falhas - Modos de fraturas 108
Fadiga
Aspectos microfractográficos da fadiga
Estrias em cabeçote de motor diesel fundido em liga de alumínio A357
Análise de falhas - Modos de fraturas 109
Fadiga
Aspectos microfractográficos da fadiga
50 x 500 x
Eixo fraturado por fadiga, submetido a flexão rotativa
Análise de falhas - Modos de fraturas 110
Fadiga
Aspectos microfractográficos da fadiga
10 x 25 x
Aspectos microfractográficos da fadiga
Eixo fraturado por fadiga, submetido a flexão rotativa Análise de falhas - Modos de fraturas 111
Fadiga
500 x 2000 x
Estrias
Aspectos da fratura por fadiga
Cada alteração no ciclo provoca uma “marca de praia”
Análise de falhas - Modos de fraturas 112
Fadiga
Cada ciclo provoca uma estria
• Nucleação de uma ou mais trincas de fadiga em regiões próximas à superfície.
• Crescimento da trinca em banda de escorregamento – crescimento da trinca em planos de alta tensão de cisalhamento. Este estágio é freqüentemente chamado de estágio I.
Análise de falhas - Modos de fraturas 113
Fadiga
Nucleação e propagação da trinca de fadiga
• Ruptura final estática – Também é chamado de estágio III. Ocorre quando a trinca do estágio II atinge um tamanho crítico tal, que a seção transversal residual não resiste ao carregamento. Este estágio pode ocorrer de modo dúctil ou frágil, dependendo das propriedades mecânicas do material.
Análise de falhas - Modos de fraturas 114
Fadiga
Nucleação e propagação da trinca de fadiga
A nucleação sempre ocorrerá em uma descontinuidade superficial ou sub-superficial (inclusão, porosidade, pite de corrosão).
Inclusão de óxido em pistão diesel atuou como origem de trinca de fadiga
Análise de falhas - Modos de fraturas 115
Fadiga
Nucleação e propagação da trinca de fadiga
Análise de falhas - Modos de fraturas 116
Fadiga
Nucleação e propagação da trinca de fadiga
Nucleação e propagação da trinca de fadiga
• Crescimento da trinca nos planos de alta tensão de tração - envolve o crescimento de uma trinca bem definida na direção normal à tensão de tração máxima. Este estágio é geralmente tratado como estágio II.
Análise de falhas - Modos de fraturas 117
Fadiga
Existem dois modelos para a explicação
de estrias de fadiga no estágio II:
• Arredondamento por deformação plástica da ponta trinca
• Escorregamento na ponta da trinca
Análise de falhas - Modos de fraturas 118
Fadiga
Crescimento da trinca no estágio II
Modelo mais
aceito
Análise de falhas - Modos de fraturas 119
Fadiga Crescimento da trinca no estágio II
Fratura instável
• O estágio III (fratura instável) ocorre quando a trinca do estágio II atinge um tamanho crítico, que leva a fratura final.
Análise de falhas - Modos de fraturas 120
Fadiga
1. ASM Handbook v. 11 Failure analysis and prevention 2. ASM Handbook v. 12 Fractography 3. Fractography, D. Hull 4. In Failure Analysis of Engineering Materials, Charles R. Brooks,
Ashok Choudhury 5. In Wulpi, D. J. Understanding How Components Fail ASM 1985 6. Acervo técnico IPT
Análise de falhas - Modos de fraturas 121
Referências
Análise de falhas - Modos de fraturas 122
Análise de falhas - Modos de fraturas 123