Analise de Falhas -Parte II

Download Analise de Falhas -Parte II

Post on 12-Aug-2015

139 views

Category:

Documents

1 download

TRANSCRIPT

<p>Anlise de falhasParte II</p> <p>Anlise de falhas - Modos de fraturas</p> <p>1</p> <p>Tipos de fraturaFratura Dctil</p> <p>Anlise de falhas - Modos de fraturas</p> <p>2</p> <p>Modos de fratura Fratura DctilO modo de fratura dctil sempre preferido por duas razes: A presena de deformao plstica na fratura dctil fornece um alerta de que a fratura eminente, permitindo tomar uma ao para diminuir o carregamento.</p> <p> As fraturas dcteis consomem muita energia para a nucleao e a propagao.Anlise de falhas - Modos de fraturas 3</p> <p>Modos de fratura Fratura Dctil</p> <p>Aspecto da fratura dctil por trao em Fe-3%Si monocristalino mostrando linhas de escorregamento e estrico.Fractography, Derek Hull Cambridge University Press.Anlise de falhas - Modos de fraturas 4</p> <p>Modos de fratura Fratura Dctil Todos os modos de fratura envolvem duas etapas: nucleao e crescimento de uma trinca. Na fratura dctil este processo relativamente lento e a trinca se comporta de forma estvel, ou seja, no h o crescimento da trinca sem um aumento na tenso aplicada.</p> <p> As fraturas dcteis apresentam caractersticas macro e microscpicas marcantes. A mais relevante a formao de alvolos (dimples).Anlise de falhas - Modos de fraturas 5</p> <p>Modos de fratura Fratura DctilNo ponto de mximo da curva (tenso de resistncia), inicia-se o processo de reduo de rea. Microscopicamente, a floresta de discordncias interage com as partculas de 2 fase da microestrutura, nucleando os alvolos da fratura dctil.Deformao plstica [%]6</p> <p>[Mpa] r</p> <p>E</p> <p>Anlise de falhas - Modos de fraturas</p> <p>Modos de fratura Fratura DctilFloresta de discordncias. Micrografia obtida por transmisso eletrnica de uma liga de titnio em que as linhas escuras so discordncias. 51450 X. (Cortesia de M. R. Plichta, Michigan Universidade Tecnolgica).</p> <p>Anlise de falhas - Modos de fraturas</p> <p>7</p> <p>Modos de fratura Fratura Dctil</p> <p>As discordncias atingem as partculas nucleando trincas microscpicas na interface entre a matriz e a partcula de 2 fase.Anlise de falhas - Modos de fraturas 8</p> <p>Modos de fratura Fratura Dctil</p> <p>As trincas entre as partculas coalescem formando uma trinca macroscpica (fratura).Anlise de falhas - Modos de fraturas 9</p> <p>Modos de fratura Fratura Dctil</p> <p>Anlise de falhas - Modos de fraturas</p> <p>10</p> <p>Modos de fratura Fratura DctilA superfcie de fratura formada pela abertura da trinca macroscpica, que por sua vez formada por unio das micro trincas formadas ao redor das partculas de 2 fase.</p> <p>Efeito das partculas de segunda fase na fratura dctil em metal policristalino mostrando formao de alvolos. Fractography Derek Hull Cambridge University Press.</p> <p>Anlise de falhas - Modos de fraturas</p> <p>11</p> <p>Modos de fratura Fratura DctilInfluncia da direo da tenso principal na morfologia dos alvolos</p> <p>Anlise de falhas - Modos de fraturas</p> <p>12</p> <p>Modos de fratura Fratura Dctil</p> <p>15 x</p> <p>700 x</p> <p>Superfcie de fratura de corpo-de-prova de trao. Liga de alumnio 6152F.Anlise de falhas - Modos de fraturas 13</p> <p>Modos de fratura Fratura Dctil</p> <p>15 x</p> <p>700 x</p> <p>Superfcie de fratura de corpo-de-prova de trao. Ao carbono. SAE 1045.Anlise de falhas - Modos de fraturas 14</p> <p>Modos de fratura Fratura Dctil</p> <p>Intergranular dimple rupture in a steel specimen resulting from microvoid coalescence at grain boundaries.</p> <p>Anlise de falhas - Modos de fraturas</p> <p>15</p> <p>Modos de fratura Fratura Dctil</p> <p>Anlise de falhas - Modos de fraturas</p> <p>16</p> <p>Tipos de fraturaFratura Frgil</p> <p>Anlise de falhas - Modos de fraturas</p> <p>17</p> <p>Modos de fratura Fratura FrgilIlustrao de ferramentas de pedra da pr-histria mostrando sucesso de superfcies de fratura de aspecto conchoidal, decorrentes do processo de fabricao (flaking process). Lucile R. Addington, Lithic illustration, 1986, University of Chicago in Fractography, Derek Hull, Cambridge Press.Anlise de falhas - Modos de fraturas 18</p> <p>Modos de fratura Fratura FrgilNa fratura frgil, a trinca nucleia e propaga-se de maneira rpida com pequena ou nenhuma deformao plstica. As trincas frgeis so consideradas instveis, pois uma vez iniciadas, propagamse espontaneamente, sem qualquer alterao na magnitude da tenso aplicada.[Mpa] r</p> <p>E</p> <p>Deformao plstica [%]19</p> <p>Anlise de falhas - Modos de fraturas</p> <p>Modos de fratura Fratura Frgil</p> <p>Anlise de falhas - Modos de fraturas</p> <p>20</p> <p>Modos de fratura Fratura FrgilMacroscopicamente, a fratura frgil apresenta marcas em V denominadas chevron marks (marcas de sargento). As marcas de sargento apontam para o ponto de nucleao da trinca.</p> <p>Anlise de falhas - Modos de fraturas</p> <p>21</p> <p>Modos de fratura Fratura FrgilPara a maioria dos materiais cristalinos a propagao de trincas frgeis ocorre por repetidas e sucessivas quebras de ligaes metlicas ao longo de planos cristalinos, denominados planos de clivagem. A clivagem transgranular e microscopicamente a fratura exibe uma srie de facetas, como resultado dos diferentes planos de clivagem.22</p> <p>A fratura atravessa os gros.</p> <p>Anlise de falhas - Modos de fraturas</p> <p>Modos de fratura Fratura Frgil</p> <p>100 x</p> <p>400 x</p> <p>Fratura frgil evidenciando facetas de clivagem.Anlise de falhas - Modos de fraturas 23</p> <p>Modos de fratura Fratura Frgil</p> <p>Marcas de sargento apontam para regio de incio de fratura. ASM Handbook. FAILURE ANALYSIS ANDPREVENTION v. 11Anlise de falhas - Modos de fraturas 24</p> <p>Modos de fratura Fratura Frgil</p> <p>Detalhe de uma roda trincada</p> <p>Anlise de falhas - Modos de fraturas</p> <p>25</p> <p>Modos de fratura Fratura Frgil</p> <p>Anlise de falhas - Modos de fraturas</p> <p>26</p> <p>Modos de fratura Fratura FrgilGrelhas fundidos em ao baixa liga e submetidas tmpera integral.</p> <p>Anlise de falhas - Modos de fraturas</p> <p>27</p> <p>Modos de fratura Fratura Frgil</p> <p>Anlise de falhas - Modos de fraturas</p> <p>28</p> <p>Tipos de fraturaFratura Intergranular</p> <p>Anlise de falhas - Modos de fraturas</p> <p>29</p> <p>Modos de fratura Fratura IntergranularA fratura passa ao longo dos contornos dos gros.</p> <p>As fraturas intergranulares decorrem da decoeso dos contornos de gro.Anlise de falhas - Modos de fraturas 30</p> <p>Modos de fratura Fratura Intergranular</p> <p>Anlise de falhas - Modos de fraturas</p> <p>31</p> <p>Modos de fratura Fratura Intergranular</p> <p>Fratura intergranularOs seguintes fenmenos produzem fraturas intergranulares: Trincas de tmpera; Fragilizao por revenido, Rock candy e Fragilizao por hidrognio.Anlise de falhas - Modos de fraturas 32</p> <p>Trincas de tmpera</p> <p>Anlise de falhas - Modos de fraturas</p> <p>33</p> <p>Modos de fratura Trincas de temperaSusceptibilidadeA variao volumtrica resultante da transformao martenstica depende, predominantemente, do teor de C contido no ao.</p> <p>Anlise de falhas - Modos de fraturas</p> <p>34</p> <p>Modos de fratura Fratura FrgilSusceptibilidade</p> <p>Camada inicial de martensitaAnlise de falhas - Modos de fraturas</p> <p>Camada sub superficial austentica35</p> <p>Modos de fratura Fratura FrgilIncio</p> <p>Anlise de falhas - Modos de fraturas</p> <p>36</p> <p>Modos de fratura Fratura FrgilGnese A gnese das trincas de tmpera pode ser resumida em: forma-se uma camada inicial de martensita; com a resfriamento, as camadas de austenita sub-superficiais sofrem a transformao martenstica com um atraso em relao a camada inicial; estas transformaes posteriores (com expanso volumtrica) impem tenses de trao sobre acamada inicial, que pode resultar em trincas, se estas tenses ultrapassarem o limite de resistncia.Anlise de falhas - Modos de fraturas 37</p> <p>Modos de fratura Fratura FrgilExemplos</p> <p>Engrenagem temperada Superficialmente (tmpera por induo).Anlise de falhas - Modos de fraturas 38</p> <p>Modos de fratura Fratura FrgilTrincas de tmpera Exemplos</p> <p>Anlise de falhas - Modos de fraturas</p> <p>39</p> <p>Modos de fratura Fratura FrgilTrincas de tmpera Exemplos</p> <p>Martelos fundidos em ao 5140 e submetidos tmpera integralAnlise de falhas - Modos de fraturas 40</p> <p>Modos de fratura Fratura FrgilTrincas de tmpera ExemplosAspecto intergranular em superfcie de fratura.</p> <p>Anlise de falhas - Modos de fraturas</p> <p>41</p> <p>Fragilidade ao revenido</p> <p>Anlise de falhas - Modos de fraturas</p> <p>42</p> <p>Modos de fratura Fratura FrgilFragilidade ao revenido (500C) Quando aos ao carbono e baixa-liga so revenidos por longos perodos ou resfriados lentamente atravs entre 375C e 575C, estes apresentam uma tenacidade inferior obtida para temperaturas de revenimento mais baixas. Este fenmeno chamado de fragilidade ao revenido reversvel ou fragilidade dos 700F.</p> <p>Anlise de falhas - Modos de fraturas</p> <p>43</p> <p>Modos de fratura Fratura FrgilFragilidade ao revenido (500C) A fragilidade ao revenido provoca decoeso dos antigos contornos austenticos (fratura intergranular). A causa deste fenmeno creditada a segregao de compostos contendo impurezas como P, Sb, As, Sn.</p> <p> O intensidade da fragilizao aumenta com a presena dos elementos de liga Mn, Cr e Ni.</p> <p>Anlise de falhas - Modos de fraturas</p> <p>44</p> <p>Modos de fratura Fratura FrgilFragilidade ao revenido (500C) A cintica de fragilizao obedece uma curva em C com o cotovelo entre 500C e 550C. Abaixo dos 370C, a difuso destas impurezas baixa e no ocorre a fragilizao. Acima dos 565C, estas difundem-se e retornam condio no-fragilizante.</p> <p>Anlise de falhas - Modos de fraturas</p> <p>45</p> <p>Modos de fratura Fratura FrgilFragilidade ao revenido (500C) Obviamente, quanto menor a concentrao destas impurezas menores os efeitos na tenacidade. Aos submetidos a fragilizao pelo revenido podem ter sua tenacidade restaurada pelo aquecimento at aproximadamente 600C, manuteno por alguns minutos e resfriamento rpido. O tempo para a restaurao da tenacidade depende do teor de elementos de liga e da temperatura do reaquecimento.Anlise de falhas - Modos de fraturas 46</p> <p>Fragilidade ao hidrognio</p> <p>Anlise de falhas - Modos de fraturas</p> <p>47</p> <p>Modos de fratura Fratura FrgilFragilizao por hidrognio A maioria dos processos galvnicos de recobrimento apresentam quantidades significativas de hidrognio no estado inico que difunde-se para o interior do metal pela diferena de concentrao de H. A difuso de hidrognio apresenta diversos efeitos deletrios, que incluem: gerao de tenses internas, fragilizao e/ou a precipitao de hidretos.</p> <p>Anlise de falhas - Modos de fraturas</p> <p>48</p> <p>Modos de fratura Fratura FrgilFragilizao por hidrognio A fragilizao por hidrognio produz fraturas intergranulares. Provar que a fratura foi resultado do hidrognio quase sempre impossvel devido a sada gradativa do hidrognio da estrutura cristalina (intervalo de tempo entre a fratura e a anlise de H).</p> <p>Anlise de falhas - Modos de fraturas</p> <p>49</p> <p>Modos de fratura Fratura FrgilFragilizao por hidrognioDESIDROGENIZAO O tratamento de desidrogenizao (tambm chamado de baking ) tem a funo de remover o hidrognio do metal. realizado em estufa, em temperaturas da ordem de 150C a 250C imediatamente aps o processo de recobrimento. Os tempos variam entre 1 h e 5 h de tratamento.</p> <p>Anlise de falhas - Modos de fraturas</p> <p>50</p> <p>Rock candy </p> <p>Anlise de falhas - Modos de fraturas</p> <p>51</p> <p>Modos de fratura Fratura FrgilRock candy O Rock candy uma fragilizao dos contornos de gro austenticos provocada pela precipitao de AlN (nitreto de alumnio).</p> <p> Este fenmeno caracterstico em aos fundidos contendo teores de Al acima de 0,05%.</p> <p>Fratura intergranular (rock candy) em ao fundido.52</p> <p>Anlise de falhas - Modos de fraturas</p> <p>Modos de fratura Fratura Frgil</p> <p>Quanto maior a dimenso do fundido, menor a sua velocidade de resfriamento, produzindo microestruturas frgeis com menor teor de Al.Anlise de falhas - Modos de fraturas</p> <p>53</p> <p>Modos de fratura Fratura FrgilRock candyAs fraturas resultantes de rock candy so intergranulares (gros austenticos). Na superfcie dos gros observa-se o aspecto dendrtico dos nitretos.</p> <p>Macrografia evidenciando a precipitao de AlN em contornos de gro austenticos em ao fundido.Anlise de falhas - Modos de fraturas 54</p> <p>Modos de fratura Fratura FrgilRock candy</p> <p>Precipitao de AlN em contornos de gro austenticos em ao fundido.Anlise de falhas - Modos de fraturas 55</p> <p>Modos de fratura Fratura FrgilRock candy</p> <p>Precipitao de AlN em contornos de gro austenticos em ao fundido.Anlise de falhas - Modos de fraturas 56</p> <p>Fratura por fadiga</p> <p>Anlise de falhas - Modos de fraturas</p> <p>57</p> <p>Fadiga</p> <p>Fadiga dos metais As falhas mecnicas decorrentes de CARREGAMENTOS CCLICOS que APRESENTEM TENSES DE TRAO so denominadas de falhas por FADIGA, em virtude de serem observadas, geralmente, aps um perodo de servio considervel. 90% das falhas de componentes mecnicos so decorrentes de fadiga.</p> <p>Anlise de falhas - Modos de fraturas</p> <p>58</p> <p>FadigaFadiga de um material A fadiga um processo de reduo da capacidade de carga de componentes estruturais pela ruptura lenta do material, atravs do avano quase infinitesimal da trinca a cada ciclo de carregamento. A fadiga ocorre pela presena de tenses que variam com o tempo, que provocam deformaes plsticas cclicas localizadas nos pontos mais crticos. Estas deformaes levam a uma deteriorao do material que d origem a uma trinca de fadiga que, com o prosseguimento do carregamento varivel, vai crescendo, at atingir um tamanho suficiente para provocar a ruptura final.Anlise de falhas - Modos de fraturas 59</p> <p>FadigaFadiga dos metais Histrico Falhas por fadiga so relatadas desde 1828. O termo fadiga foi empregado por Poncelet em 1839. August Whler estudou fraturas por fadiga em eixos ferrovirios em 1860. As fraturas por fadiga representam custos da ordem de 3% do PIB americano (90 bilhes de dlares em 1983).</p> <p>Anlise de falhas - Modos de fraturas</p> <p>60</p> <p>FadigaFadiga dos metais Histrico</p> <p>Caso dos Comets - 1955</p> <p>Anlise de falhas - Modos de fraturas</p> <p>61</p> <p>Fadiga</p> <p>Anlise de falhas - Modos de fraturas</p> <p>62</p> <p>Fadiga</p> <p>Vista geral de uma fratura por fadiga evidenciando as marcas de praia.Anlise de falhas - Modos de fraturas 63</p> <p>Fadiga Em componentes estruturais, a falha se inicia sempre nos pontos mais solicitados. Quando a solicitao dinmica, esta falha comea na forma de pequenas trincas de fadiga, que vo crescendo e reduzindo a seo resistente, at que uma sobrecarga faz com que ocorra a ruptura final, por uma propagao brusca da trinca.</p> <p>Anlise de falhas - Modos de fraturas</p> <p>64</p> <p>FadigaFadiga de alto ciclo Fadiga de alto ciclo refere-se a ocorrncia de fadiga em componentes submetidos a um nmero de ciclos superior a 104. Est associada a pequenas deformaes, nominalmente elsticas. o tipo mais importante e, assim, o objeto de maior interesse</p> <p>Anlise de falhas - Modos de fraturas</p> <p>65</p> <p>Fadiga</p> <p>Fadiga de baixo ciclo Fadiga de baixo ciclo manifestao de uma ou mais trincas de fadiga decorrentes de tenses cclicas com durao de at 104 ciclos. A fadiga de baixo ciclo acompanhada por deformaes plsticas significativas.</p> <p>Anlise de falhas - Modos de fraturas</p> <p>66</p> <p>FadigaFadiga trmica Fadiga trmica o processo de fadiga em que as tenses cclicas so causadas por expanso ou contrao decorrentes de ciclos trmicos de aquecimentos e resfriamentos.</p> <p>Anlise de falhas - Modos de fraturas</p> <p>67</p> <p>FadigaFadiga de contato Fadiga de contato (freeting ) refere-se...</p>