PRINCÍPIOS DE ANÁLISE DE FALHAS DE COMPONENTES SMM-0177Estudos de caso:

1. Trincamento de Processo em Presilha Bicromatizada.2. Exame de Trinca em Suporte de Trem de Pouso

Prof.: Dr.: Cassius RuchertAlunos:Caio FerreiraMarcos Vinícius B. Nicolino

ESTUDO DE CASO

1.1 Dados Gerais:

• Título: Trincamento de Processo em Presilha Bicromatizada.

ESTUDO DE CASO

1.2 Dados do cliente:

• “Observando a morfologia da trinca e considerando que a peça possui uma camada metálica depositada por um processo eletrolítico, a hipótese sugerida pelo cliente como causa primária da falha foi fragilização por hidrogênio.”

FRAGILIZAÇÃO POR HIDROGÊNIO

Causas:

• Penetração de Hidrogênio atômico em altas temperaturas devido a carga

úmida, atmosfera úmida ou eletrodos úmidos;

• Ex: Fundição, Forjamento, Soldagem e Tratamento térmico

• Contato de metais com o gás hidrogênio aonde é possível a sua dissociação;

• Ex: Ocorrerá em condições de Pressão Parcial de Hidrogênio e Temperatura

específica.

• Processos eletroquímicos;• Corrosão, ELETRODEPOSIÇÃO e o desengraxamento eletrolítico.

FRAGILIZAÇÃO POR HIDROGÊNIO

Consequências:

• Acúmulo de hidrogênio em descontinuidades microestruturais que gera pressôes suficientes para estimular a propagação e a nucleação da trinca;

• Átomos de hidrogênio se difundem para a ponta de microtrincas pré-existentes, dificultando a deformação plástica, fragilizando o material;

• Concentração do hidrogênio junto as discordâncias;

• A formação de hidretos é estimulada pela tendência do hidrogênio fazer ligacões com Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta e Pd. Assim ocorre a precipitação dessas particulas, acompanhada por mudanças volumétricas que desenvolvem tensões geralmente em locais de nucleação, como pontas de trincas;

FRAGILIZAÇÃO POR HIDROGÊNIOTratamentos:

• Menor exposição do material ao hidrogênio;

• Aquecimento após processos como fosfatização;

• Realização de testes para verificar efeito;

• Uso de aços de menor resistência;

• Evitar limpeza ácida;

• Redução de tensões residuais ou aplicadas.

2. Objetivos:

• Analisar um grampo de fixação que rompeu integralmente durante sua montagem, observando a morfologia da sua trinca e identificar os possíveis causadores.

3.Condições de Operação:

• Nenhuma condição de uso foi fornecida pelo cliente.

ESTUDO DE CASO

4. Propriedades do Material:

• O material da peça não foi obtida porém sabe-se que a mesma é revestida por uma camada metálica depositada por processo eletrolítico.

ESTUDO DE CASO

5. Amostras enviadas para análise e procedimento:

• Metalografia: O procedimento de preparo da amostra foi usual, passando pelas etapas de corte, lixamento, polimento e ataque, para a verificação da microestrutura.

• Limpeza: a amostra ainda foi imersa em acetona em banho ultra-sônico por 15 minutos.

• Microscopia Eletrônica de Varredura.

ESTUDO DE CASO

5. Resultados da análise:• Microscopia Eletrônica de Varredura:

Figura 1 – Detalhes de uma região contendo uma trinca em que a camada depositada acompanhou a topografia da trinca, sendo esta, portanto pré-existente

5. Resultados da análise:

• Microscopia Eletrônica de Varredura:

• Região da fratura contendo altas concentrações de Zn;

• Parte da camada depositada acompanha a trinca.

ESTUDO DE CASO

5.Resultados da Análise.

• Microscopia Eletrônica de Varredura:

Figura 02 – Região da fratura vista em corte longitudinal. Note nas proximidades da fratura a presença de mais duas trincas perpendiculares à superfície situadas no raio interno da região conformada.

5. Resultados da análise:

• Microscopia Eletrônica de Varredura:

• Trincas perpendiculares à superfície;

• Presença de mais duas trincas situadas no raio interno da região conformada, possivelmente causadas durante o seu processo de conformação, resultante do excesso de atrito ferramenta/arame que pode gerar o esforço necessário à formação das trincas

• Microestrutura:

• Não foram encontradas feições que pudessem estar associadas diretamente à falha do componente.

6. Conclusões:

• Região da fratura contendo Zn, que é o mesmo material da camada superficial, o que nos leva a inferir que as trincas observadas tem origem interior a deposição da camada.

7. Sugestões:

• Pode-se fazer diminuir o excesso de atrito ferramenta/arame durante seu processamento

ESTUDO DE CASO

8. Referências:

• SCHELLE, Gustl. Manual de procedimentos para utilização de tecnologia limpa na indústria galvânica. Revisado por Haroldo A. Ponte. Curitiba. 1998. Série SIDEE n° 18.

• <http://www.heat-treat-doctor.com/documents/hydrogen%20embrittlement.pdf > Acessado em 24/09/2014

EXAME DE TRINCA EM SUPORTE DE TREM DE POUSO

Teoria da Mecânica da Fratura

Fadiga: Falha mecânica causada pela aplicação cíclica de carregamentos e caracterizada pela nucleação e propagação lenta e gradual de trincas.

Três estágios definidos: 1. Nucleação e propagação por planos; 2. Propagação perpendicular ao eixo de tensão (formação

de estrias); 3. Ruptura catastrófica.

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Teoria da Mecânica da Fratura

Concentração de tensão:Mudanças na geometria podem aumentar a

tensão no local, facilitando a nucleação de trincas, devido a distribuição desigual da tensão local.

Teoria Envolvendo a Solda

União de metais por ligação química, processo versátil, simples e de baixo custo;

Continuidade do material, transmissão de tensões;

Soldagem por arco elétrico:Baixo custo;Fácil controle;Alta temperatura e potência.

Teoria Envolvendo a Solda Alta temperatura localizada influencia o

material:

Grandes gradientes de temperatura:Regiões de variadas granulações e até mesmo

fases diferentes

Metal Base > ZTA > ZF

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Estudo de Caso

1. Dados Gerais:

Título: Exame de trinca em suporte de trem de pouso.

Montante recolhedor direito do trem de pouso de uma aeronave;

Extensa trinca formada;Trecho tubular, na região em que está

soldada uma peça destinada à articulação.

Estudo de Caso

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Componentes do trem de pouso de um F16.

Peça fornecida para análise de falha.

Estudo de Caso

2. Objetivos:Discutir a causa da falha da peça a partir de

dados como:○ Inspeção visual;○ Exame Metalográfico;○ Análise Química;○ Ensaio de dureza e seguida metalografia.

3. Condições de OperaçãoNenhuma condição de operação foi fornecida.

Estudo de Caso

4. Propriedades do materialNenhuma propriedade fornecida pré-testes.

Sabe-se que a falha se deu em região soldada.

Estudo de Caso

5. Amostras enviadas e

procedimentoInspeção Visual:

Retirada a tinta

por solução de soda

• Trinca acompanha limite entre tubo e solda;

• Falha atravessa toda a espessura do tubo.

Estudo de Caso

A trinca acompanha o limite entre camada de solda e o tubo, prosseguindo para ambos os lados.

Estudo de Caso

Exame Metalográfico:Parte soldada foi seccionada, polida e

atacada. Análise Química:

Elemento

Carbono

Silício Manganês

Fósforo

Enxofre

Cromo

Molibdênio

Teor 0,32% 0,24% 0,54% 0,016%

0,010% 0,88% 0,18%

A tabela nos leva a inferir que seja um aço Cromo-Molibdênio (SAE 41XX). Há ainda traços de alumínio e cobre, revelados pela análise espectográfica.

Estudos de Caso

Ensaio de Dureza e Metalografia: Regiões não atingidas pelo calor de solda: 29 HRC ou 280

HB;

Regiões afetadas: de 24 a 20 HRC, isto é: 247 a 226 HB.

○ Coalescimento da microestrutura Diminuição da dureza.

Amostra de tubo recozida, esfriamento ao forno:

○ 81 HRB ou 153 HB, normal para aços com 0,30% de

carbono.

Estudo de Caso6. Resultados e Discussão

Trinca se deu em região de rigidez variável, local de concentração de esforços;

Espessura reduzida e ângulo de chanfro; Solda: superaquecimento localizado provocando têmpera e

certa fragilização; Surgimento de tensões internas, somadas a tensões de serviço

FADIGA; Propagação a camadas adjacentes de resistência a tração

inferior: tratamento térmico prejudicado pelo calor da soldagem.

1. Solda;2. Alteração microestrutural;3. Encontro: tubo, solda e

reforço.

Estudo de Caso

Reativo de ácido nítrico. 6x.

Estudo de Caso

Microestrutura colunar: bruta de fusão de solda. Mais abaixo: microestrutura superaquecida e parcialmente temperada

Reativo ácido nítrico. 200x.

Estudo de Caso 7. Conclusões

Nucleação da trinca por fadiga:○ Região de grande concentração de tensão;○ Microestrutura de superaquecimento (ZTA, ou

zona termicamente afetada pela solda)

Zona de transição entre tubo e solda, mais afastado da superfície: maior aspecto de superaquecimento e têmpera do aço do tubo. 200x Reativo Ácido Nítrico.

Região de têmpera branda

Estudo de caso

8. SugestõesMelhoria da geometria do projeto na região

de modo a concentrar menos tensão, ou mesmo melhor processo de conformação;

Utilização de método, temperatura ou metal de adição de solda mais apropriado;

Alterar o material da peça.

Referências Bibliográficas <

http://www.engineeringtoolbox.com/aisi-sae-steel-numbering-system-d_1449.html > Acessado em 24/09/2014

Obrigado pela atenção