aula 2 curso de análise de falhas: aspectos mecânicos e ... 2501 - 2011 aula 2 analise de...

Universidade de São PauloEscola PolitécnicaDepto. Eng. Metalúrgica e de MateriaisPMT 2051 – Módulo 1: de análise de falhas Cesar R. F. Azevedo – aula 02 aula 2curso de análise de

falhas:aspectos mecânicos e

micrográficos

Exemplo de degradação microestrutural em trocador de calor.C.R.F. Azevedo, F. Beneduce Neto, S.D. Brandi and A.P. Tschiptschin Cracking of 2.25Cr–1.0Mo steel tube/stationary tube-sheet weldment of a heat-exchanger. Engineering Failure Analysis, Available online 10 July 2007,

Universidade de São PauloEscola PolitécnicaDepto. Eng. Metalúrgica e de MateriaisPMT 2051 – Módulo 1: de análise de falhas Cesar R. F. Azevedo – aula 02 fractografia

• A aparência das superfícies de fratura nas escalas macro e micrométricas fornece subsídios para a análise da falha...por que?

• Bem, a topografia de fratura é função: condições de uso, modo de fratura, mecanismos de fratura, macro e microestrutura, tipo de material, sinergia...

• Importância de não perder visão do conjunto... casos de falha são complexos...

Universidade de São PauloEscola PolitécnicaDepto. Eng. Metalúrgica e de MateriaisPMT 2051 – Módulo 1: de análise de falhas Cesar R. F. Azevedo – aula 02 Marcas de sargento apontam para região de início de fratura.ASM handbook. FAILURE

ANALYSIS AND PREVENTION. Vol 11.

macrofractografia

Universidade de São PauloEscola PolitécnicaDepto. Eng. Metalúrgica e de MateriaisPMT 2051 – Módulo 1: de análise de falhas Cesar R. F. Azevedo – aula 02 • Aspectos macro e microtopográficos da superfície de fratura dependem das condições de uso do componente:

– tipo de carregamento mecânico(componentes de tração e de cisalhamento, tipo de carregamento monotônico ou cíclico, velocidade de aplicação de carga, estado de tensões...)

fractografia x condições de uso

Universidade de São PauloEscola PolitécnicaDepto. Eng. Metalúrgica e de MateriaisPMT 2051 – Módulo 1: de análise de falhas Cesar R. F. Azevedo – aula 02 Efeito do modo de carregamento mecânico e do tipo de material sobre a superfície de

fratura - exemplo do giz. In ASM handbook. In Brooks, Charlie R. and Ashok Choudhury. METALLURGICAL FAILURE ANALYSIS. New York: Mcgraw-Hill. 1992.

fractografia: condições de usofractografia: condições de uso

Universidade de São PauloEscola PolitécnicaDepto. Eng. Metalúrgica e de MateriaisPMT 2051 – Módulo 1: de análise de falhas Cesar R. F. Azevedo – aula 02 Propagação da trinca em função da

carga (velocidade de propagação).

(a) Low speed (low load) and high toughness.

(b) Higher speed (higher load) and high toughness.

(c) High speed (high load) and low toughness.

(d) Higher speed (higher load) and low toughness.

FAILURE ANALYSIS AND PREVENTION. Vol 11.


baixa carga

alta cargafrágil

Universidade de São PauloEscola PolitécnicaDepto. Eng. Metalúrgica e de MateriaisPMT 2051 – Módulo 1: de análise de falhas Cesar R. F. Azevedo – aula 02 Variação da tenacidade de fratura e da

topografia em função da geometria do corpo de provas (estado de tensões) em material dúctil. Aumento da espessura sai de estado plano de tensões e migra para estado plano de deformações.Ocorre redução da área relativa de fratura por cisalhamento. In FAILURE ANALYSIS AND PREVENTION. Vol 11.


Universidade de São PauloEscola PolitécnicaDepto. Eng. Metalúrgica e de MateriaisPMT 2051 – Módulo 1: de análise de falhas Cesar R. F. Azevedo – aula 02 • Aspectos macro e microtopográficos da superfície de fratura dependem das condições de uso do componente:

– temperatura (transição dúctil-frágil, fluência, oxidação, ciclagem térmica, fusão,

– meio (corrosão, corrosão-fadiga, oxidação, fragilização)

– aspectos tribológicos (movimento relativo, lubrificação, força normal, partículas duras): desgaste, fadiga de contato, fadiga por fretting

fractografia: condições de uso

Universidade de São PauloEscola PolitécnicaDepto. Eng. Metalúrgica e de MateriaisPMT 2051 – Módulo 1: de análise de falhas Cesar R. F. Azevedo – aula 02 Effect of temperature on impact samples..ASM handbook. Fractography. Vol 12.

macrofractografiamacrofractografia

Universidade de São PauloEscola PolitécnicaDepto. Eng. Metalúrgica e de MateriaisPMT 2051 – Módulo 1: de análise de falhas Cesar R. F. Azevedo – aula 02 fratura versus material

Aspectos macro e microtopográficos das superfícies de fratura dependem do tipo de material

• tipo de ligação (ex: cov., metálica, iônica ...);

• tipo de arranjo cristalino - define número de sistemas de escorregamento em ação durante deformação mecânica: CCC x CFC x HC

• macroestrutura e microestrutura do material.

Universidade de São PauloEscola PolitécnicaDepto. Eng. Metalúrgica e de MateriaisPMT 2051 – Módulo 1: de análise de falhas Cesar R. F. Azevedo – aula 02 Mapa de tenacidade da fratura versus módulo elasticidade para vários materiais -

indicando comportamento dúctil ou frágil. In Michael Ashby. Materials Selection in Mechanical Design, Elsevier Science

Comportamento dúctil

cerâmicas

metais

polímeros

fratura fratura versusversus materialmaterial

Universidade de São PauloEscola PolitécnicaDepto. Eng. Metalúrgica e de MateriaisPMT 2051 – Módulo 1: de análise de falhas Cesar R. F. Azevedo – aula 02 Comparação de tenacidade à fratura para diferentes orientações de microestrutura -

liga aeronáutica Al -5Zn-3Mg. In Azevedo, Cesar Roberto de Farias; Hippert Jr.,Eduardo. Fracture of an aircraft's landing gear. Engineering Failure Analysis, ElsevierLtd., v. 9, n. 3, p. 265-275. 2002.

K1c= 13 MPa.m1/2 K1c= 22 MPa.m1/2

fratura versus material

Universidade de São PauloEscola PolitécnicaDepto. Eng. Metalúrgica e de MateriaisPMT 2051 – Módulo 1: de análise de falhas Cesar R. F. Azevedo – aula 02 fratura e os processos de fabricação

• No caso de materiais metálicos, os métodos de fabricação podem ser divididos em:

– conformação mecânica;

– fundição;

– soldagem;

– tratamento térmico

– tratamento de superfície (eletrolítico)

– metalurgia do pó.

=> Os processos de fabricação definem a macro e microestrutura do componente => propriedades.

Universidade de São PauloEscola PolitécnicaDepto. Eng. Metalúrgica e de MateriaisPMT 2051 – Módulo 1: de análise de falhas Cesar R. F. Azevedo – aula 02 Fibramento macroestrutural decorrente da conformação mecânica. Orientação perd.

superfície livre. ASM handbook. Failure analysis and prevention. Vol 11.

fratura e as variáveis macroestruturais

Universidade de São PauloEscola PolitécnicaDepto. Eng. Metalúrgica e de MateriaisPMT 2051 – Módulo 1: de análise de falhas Cesar R. F. Azevedo – aula 02 Formação de macroestrutura colunar (gradiente térmico solidificação) em liga de alumínio. ASM handbook. Failure analysis and prevention. Vol 11.


Universidade de São PauloEscola PolitécnicaDepto. Eng. Metalúrgica e de MateriaisPMT 2051 – Módulo 1: de análise de falhas Cesar R. F. Azevedo – aula 02 Macroestrutura decorrente de tratamento superficial (têmpera) em aço 1045 causando

entalhe macroestrutural em região crítica. In. Azevedo, Cesar Roberto de Farias;Alves, Gustavo Spera ; Belotti Neto, José ; Lopes, Luíz Eduardo. Failure analysis of atransmission axle - small engine. In: Second International Conference onEngineering Failure Analysis, Toronto, 2006.


Universidade de São PauloEscola PolitécnicaDepto. Eng. Metalúrgica e de MateriaisPMT 2051 – Módulo 1: de análise de falhas Cesar R. F. Azevedo – aula 02 Macroestrutura desenvolvida na região de solda. C. Azevedo. Failure analysis of a

crude oil pipeline. Engineering Failure Analysis. V. 1-6, Pages 978-994

Zona fundida

Zona fundida dopasse anteriorrecristalizada

Zona afetadatermicamente

Metal base


Universidade de São PauloEscola PolitécnicaDepto. Eng. Metalúrgica e de MateriaisPMT 2051 – Módulo 1: de análise de falhas Cesar R. F. Azevedo – aula 02 Macroscopic appearance of ductile (a) and brittle (b) tensile fractures.

ASM handbook. Fractography. Vol 12.

macrofractografia: aspecto geralmacrofractografia: aspecto geral

Universidade de São PauloEscola PolitécnicaDepto. Eng. Metalúrgica e de MateriaisPMT 2051 – Módulo 1: de análise de falhas Cesar R. F. Azevedo – aula 02 Effect of section thickness on the fracture surface markings of rectangular tensile

specimens, showing the change in size of the radial zone with decreasing section thickness..ASM handbook. Fractography. Vol 12.


Universidade de São PauloEscola PolitécnicaDepto. Eng. Metalúrgica e de MateriaisPMT 2051 – Módulo 1: de análise de falhas Cesar R. F. Azevedo – aula 02 Crack front at any given time.

Analogy between chevron formation in plate and cup-and-cone fracture. ASM handbook. Fractography. Vol 12.


Universidade de São PauloEscola PolitécnicaDepto. Eng. Metalúrgica e de MateriaisPMT 2051 – Módulo 1: de análise de falhas Cesar R. F. Azevedo – aula 02 Marcas de crescimento da trinca na

superfície de uma rocha. Fractography –Derek Hull –Cambridge University Press


Mudança de plano da trinca com subdivisão em várias trincas menores Fractography –Derek Hull –Cambridge University Press

Universidade de São PauloEscola PolitécnicaDepto. Eng. Metalúrgica e de MateriaisPMT 2051 – Módulo 1: de análise de falhas Cesar R. F. Azevedo – aula 02 Aumento da rugosidade com

propagação da trinca em vidro, devido da velocidade de propagação (carregamento) – Derek Hull –Cambridge University Press


Aumento da rugosidade com propagação da trinca em aço a partir do entalhe, devido da velocidade de propagação (carregamento) – Derek Hull – Cambridge University Press

Universidade de São PauloEscola PolitécnicaDepto. Eng. Metalúrgica e de MateriaisPMT 2051 – Módulo 1: de análise de falhas Cesar R. F. Azevedo – aula 02 marcas de praia.

FAILURE ANALYSIS AND PREVENTION. Vol 11.


Universidade de São PauloEscola PolitécnicaDepto. Eng. Metalúrgica e de MateriaisPMT 2051 – Módulo 1: de análise de falhas Cesar R. F. Azevedo – aula 02 Marcas de praia são

sempre de fadiga?FAILURE ANALYSIS AND PREVENTION. Vol 11.


Universidade de São PauloEscola PolitécnicaDepto. Eng. Metalúrgica e de MateriaisPMT 2051 – Módulo 1: de análise de falhas Cesar R. F. Azevedo – aula 02 Marcas conchoidais são anéis concêntricos, correspondendo a posições das frentes de

propagação das trincas. Lucile R. Addington, Lithic Illustration, 1986, University of Chicago - in Fractography , Derek Hull, Cambridge Press.


Universidade de São PauloEscola PolitécnicaDepto. Eng. Metalúrgica e de MateriaisPMT 2051 – Módulo 1: de análise de falhas Cesar R. F. Azevedo – aula 02 fratura e as variáveis microestruturais

• Variáveis microestruturais:

– tamanho, distribuição, morfologia e tipo das fases;

– quantidade e tipo de interfaces (coerente, semi-coerente, incoerente);

– microssegregação (fragilização contorno) e microporosidades (entalhes);

– textura (solidificação ou conformação mecânica).

Universidade de São PauloEscola PolitécnicaDepto. Eng. Metalúrgica e de MateriaisPMT 2051 – Módulo 1: de análise de falhas Cesar R. F. Azevedo – aula 02 fratura e as variáveis microestruturais

Fratura mista em compósito de liga deAl-Mg com fibras de Altex (85% Al2O3 e 15% SiO2). Fratura d´cutil na matriz e frágil nas fibras. a) Al-1Mg; b) Al-5%Mg.

Fractography –Derek Hull – Cambridge University Press

Universidade de São PauloEscola PolitécnicaDepto. Eng. Metalúrgica e de MateriaisPMT 2051 – Módulo 1: de análise de falhas Cesar R. F. Azevedo – aula 02 mecanismos de fratura

• Os mecanismos de fratura dos materiais metálicos podem ser divididos em:

– fratura dúctil;

– fratura frágil;

– fadiga;

– corrosão/ oxidação;

– fluência;

– desgaste.

=> todos estes mecanismos interagem com as variáveis macro e microestruturais

Universidade de São PauloEscola PolitécnicaDepto. Eng. Metalúrgica e de MateriaisPMT 2051 – Módulo 1: de análise de falhas Cesar R. F. Azevedo – aula 02 Intergranular frágil. In ASM handbook, v. 12. Fractography

fratura intergranular

Universidade de São PauloEscola PolitécnicaDepto. Eng. Metalúrgica e de MateriaisPMT 2051 – Módulo 1: de análise de falhas Cesar R. F. Azevedo – aula 02 a) Fratura por clivagem em aço inox 301 (cfc) fragilizado por H; b) fratura

intergranular frágil em aço 4130 causada por hidrogênio. In ASM handbook, v. 12. Fractography


Universidade de São PauloEscola PolitécnicaDepto. Eng. Metalúrgica e de MateriaisPMT 2051 – Módulo 1: de análise de falhas Cesar R. F. Azevedo – aula 02 Intergranular dúctil. In ASM handbook, v. 12. Fractography


Universidade de São PauloEscola PolitécnicaDepto. Eng. Metalúrgica e de MateriaisPMT 2051 – Módulo 1: de análise de falhas Cesar R. F. Azevedo – aula 02 Figura 10 - Efeito da partículas de segunda fase promovendo a fratura por clivagem

liga fundida de alumínio A 356 (impacto). In G. W. Powell, A fractographic atlas of casting alloys. Batelle Press.

fratura frágil

Universidade de São PauloEscola PolitécnicaDepto. Eng. Metalúrgica e de MateriaisPMT 2051 – Módulo 1: de análise de falhas Cesar R. F. Azevedo – aula 02 Fatigue striations on the facets of tantalum grains in the heat-affected zone of a

weldment.ASM handbook, v. 12. Fractography.

fratura por frágil?

Universidade de São PauloEscola PolitécnicaDepto. Eng. Metalúrgica e de MateriaisPMT 2051 – Módulo 1: de análise de falhas Cesar R. F. Azevedo – aula 02 fratura por fadiga

Estrias em fofo cinzento perlítico após de ensaio de fadiga. In G. W. Powell, A fractographic atlas of casting alloys. Batelle Press.

Universidade de São PauloEscola PolitécnicaDepto. Eng. Metalúrgica e de MateriaisPMT 2051 – Módulo 1: de análise de falhas Cesar R. F. Azevedo – aula 02 fratura por fadiga

Estrias em fofo nodular perlítico após de ensaio de fadiga. In G. W. Powell, A fractographic atlas of casting alloys. Batelle Press.

Universidade de São PauloEscola PolitécnicaDepto. Eng. Metalúrgica e de MateriaisPMT 2051 – Módulo 1: de análise de falhas Cesar R. F. Azevedo – aula 02 Estrias de fadiga em Ti. In C. R. F. Azevedo and A. P. dos Santos. Environmental

effects during fatigue testing: fractographic observation of commercially pure titanium plate for cranio-facial fixation. Engineering Failure Analysis, V.10- 4, Pages 431-442

fratura por fadiga?

Universidade de São PauloEscola PolitécnicaDepto. Eng. Metalúrgica e de MateriaisPMT 2051 – Módulo 1: de análise de falhas Cesar R. F. Azevedo – aula 02 Figura 11 - Efeito da estrutura cristalina do metal sobre a fratura por fadiga em titânio

(hexagonal) - deformação por maclação. In C.R.F. Azevedo, D. Rodrigues and J.V. Ferrari. Environmentally assisted fracture of sintered nickel cartridges. Engineering

Failure Analysis, Volume 14, Issue 7, October 2007, Pages 1266-1279

fratura por fadiga?

Universidade de São PauloEscola PolitécnicaDepto. Eng. Metalúrgica e de MateriaisPMT 2051 – Módulo 1: de análise de falhas Cesar R. F. Azevedo – aula 02 Estrias de fadiga em compósito de Al com fibra de carbeto de silício. c) carregamento

monotônico; f) carregamento cíclico. Fractography – Derek Hull – Cambridge University Press

fratura por fadiga?

Universidade de São PauloEscola PolitécnicaDepto. Eng. Metalúrgica e de MateriaisPMT 2051 – Módulo 1: de análise de falhas Cesar R. F. Azevedo – aula 02 fratura e o carregamento mecânico

Universidade de São PauloEscola PolitécnicaDepto. Eng. Metalúrgica e de MateriaisPMT 2051 – Módulo 1: de análise de falhas Cesar R. F. Azevedo – aula 02 resumo• O controle de qualidade dos aspectos macro e microestruturais de um componente é fundamental para otimizar a vida útil do componente;

• Os resultados de caracterização microestrutural e fractográfica do componente devem ser analisados junto com as informações de processamento e de uso do componente rompido para a determinação das possíveis causas das falhas.

aula 2 curso de análise de falhas: aspectos mecânicos e ... 2501 - 2011 aula 2 analise de...

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