Análise de Falhas -  Cap. IV-1
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Análise de Falhas - Cap. IV-1

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Prof. Luiz Cláudio Cândido

ANÁLISE DE FALHAS

(Parte IV)

Prof. Leonardo Barbosa Godefroid

candido@em.ufop.br leonardo@demet.em.ufop.br

METALURGIA MECÂNICA

MINISTÉRIO DA EDUCAÇÃO E DO DESPORTO

Universidade Federal de Ouro Preto

Escola de Minas – Departamento de Engenharia Metalúrgica e de Materiais
Grupo de Estudo Sobre Fratura de Materiais

Telefax: 55 - 31 - 3559.1561 – E-mail: demet@em.ufop.br

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Grupo de Estudo Sobre Fratura de Materiais

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Escola de Minas – Departamento de Engenharia Metalúrgica e de Materiais
Grupo de Estudo Sobre Fratura de Materiais

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CCaappííttuulloo QQuuaattrroo::

TTiippooss ddee FFaallhhaass

 IInnttrroodduuççããoo

 FFrraattuurraa ddee CCoorrppooss--ddee--pprroovvaa ((CCPPss)) EEnnssaaiiaaddooss

eemm TTrraaççããoo

 PPrriinncciippaaiiss ttiippooss ddee ffrraattuurraa mmoonnoottôônniiccaa

 FFrraattuurraa DDúúccttiill

 FFrraattuurraa SSeemmiiffrráággiill

 FFrraattuurraa FFrráággiill

 FFrraattuurraa IInntteerrggrraannuullaarr

 FFrraattuurraa ppoorr FFaaddiiggaa

 FFrraattuurraa ppoorr FFlluuêênncciiaa

 FFrraattuurraa eemm AAmmbbiieenntteess AAggrreessssiivvooss

 FFrraattuurraa ppoorr DDeessggaassttee

Tipos de Fraturas

• projeto falho;
• defeitos no material;
• deficiências no processamento e manufatura;
• erros de montagem;
• condições de serviço fora das especificações ou imprevistas;
• manutenção insuficiente.

Principais causas para ocorrência de uma falha:

Principais causas para ocorrência de uma falha em plantas industriais (EUA):

• Erro de manufatura (30%);
• Erros de projeto (26%);
• Erros de manutenção (23%);
• Má seleção de materiais (18%);
• Operação indevida (3%).

Fonte: Sachs, 2007.

Classificação geral das possíveis causas de falha.
Fonte: Bloack e Geitner, 1983.

Mecanismos de Falhas em Indústrias

Mecanismo %

Fluência 3

Desgaste, Abrasão e Erosão 3

CST/Fadiga - Corrosão 6

Corrosão - 1 7

Sobrecarga 11

Fratura Frágil 16

Fadiga 25

Corrosão - 2 29

Alexander et al., Essential Metallurgy for Engineers, UK, 1985

Componentes Aeronáuticos

Alexander et al., Essential Metallurgy for Engineers, UK, 1985

Mecanismo %

Oxidação 2

Corrosão 3

Desgaste excessivo 7

Corrosão sob tensão 8

Sobrecarga 19

Fadiga 61

Capítulo 4 - TIPOS DE FRATURAS

Fratura em materiais

4.1 - Introdução

Figura 4.1 - Representação esquemática das características microestruturais de materiais metálicos.

 Átomo substitucional

Átomo intersticional

 Discordância em cunha

Precipitado

incoerente

 Precipitado

 coerente

 Partícula de 2
a
 fase

 (alto ponto de fusão)

Planos de

deslizamento

Precipitados

em contornos

de grão
Célula elementar

Discordância em

hélice

 Fratura

 intergranular
 Fratura transgranular

Camadas de precipitados em

contornos de grão

FFiigguurraa 44..22 -- CCllaassssiiffiiccaaççããoo eessqquueemmááttiiccaa ddee mmoorrffoollooggiiaass ee pprroocceessssooss ddee ffrraattuurraa..

FFiigguurraa 44..33 -- RReepprreesseennttaaççããoo eessqquueemmááttiiccaa ddee ssuuppeerrffíícciieess ddee ffrraattuurraa ppaarraa mmaatteerriiaaiiss ccoommpplleettaammeennttee ddúúcctteeiiss ((aa)),, ddúúcctteeiiss

((bb)) ee ttoottaallmmeennttee ffrráággeeiiss ((cc))..

 ((aa)) ((bb)) ((cc)) ((dd))

FFiigguurraa 44..44 -- AAppaarrêênncciiaa mmaaccrroossccóóppiiccaa ddee ffrraattuurraass:: ddúúccttiill ((aa,, bb)) ee ffrráággiill ((cc,, dd)) –– eennssaaiioo ddee ttrraaççããoo..

 ((aa)) ((bb)) ((cc))

FFiigguurraa 44..55 -- MMaaccrrooffrraaccttooggrraaffiiaass:: ((aa)) ddúúccttiill ee ((bb)) ffrráággiill ((eennssaaiiooss ddee ttrraaççããoo));; ((cc)) ffrraattuurraa ffrráággiill

ddee aaççoo eemmpprreeggaaddoo eemm ssuuppoorrttee ddee ffoorrnnoo..

Principais tipos de fratura:

• fratura dúctil

• fratura frágil

• fratura semifrágil

• por fadiga

• por fluência

• por corrosão sob tensão (CST)

• por hidrogênio (FH)

FFiigguurraa 44..66 -- FFrraattuurraa ffrráággiill ((aa)) vveerrssuuss ffrraattuurraa ddúúccttiill ((bb)) eemm 22 ppaarraaffuussooss ddee aaççoo AAIISSII 11003388 qquuee

ssooffrreerraamm ttrraattaammeennttooss ttéérrmmiiccooss ddiiffeerreenncciiaaddooss:: ((aa)) tteemmppeerraaddoo eemm áágguuaa ((HHRRcc == 4477)) ee ((bb))

rreeccoozziiddoo ((HHRRcc == 1155))..
(a) (b)

4.2 - Fratura de Corpos-de-prova (CPs) Ensaidos em Tração

a) Zona fibrosa (F)

b) Zona radial (R)

c) Zona de cisalhamento (S) - shear lips -

Zona

Cisalhante

Zona

Fibrosa

Zona

Radial

((aa)) ((bb))

FFiigguurraa 44..77 -- LLooccaalliizzaaççããoo eessqquueemmááttiiccaa ddaass zzoonnaass ccaarraacctteerrííssttiiccaass ddee ffrraattuurraa ddee

uumm CCPP ddee ttrraaççããoo

RRaaddiiaall
FFiibbrroossaa

CCiissaallhhaannttee

Zona

Cisalhante

Zona

Fibrosa

Zona

Radial

((aa)) ((bb))

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RRaaddiiaall
FFiibbrroossaa

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4.2.1 - Alterações no aspecto de fratura

4.2.1.1 - Temperatura e velocidade de deformação

Temperatura (
o
F)

Tamanho

da zona

(in)

Temperatura (
o
C)

Fibrosa

Cisalhante

Radial

FFiigguurraa 44..88 -- IInnfflluuêênncciiaa ddaa tteemmppeerraattuurraa nnoo aassppeeccttoo ddee ffrraattuurraa ddee uummaa mmaatteerriiaall..

FFiigguurraa 44..99 -- MMaaccrrooffrraaccttooggrraaffiiaa ddee uumm CCPP eennssaaiiaaddoo eemm ttrraaççããoo ((112200
oo
CC));; aaççoo AAIISSII

44334400 tteemmppeerraaddoo ee rreevveenniiddoo;; HHRRcc == 4466;; zzoonnaass ffiibbrroossaa ee ddee cciissaallhhaammeennttoo..

((aa)) ((bb))

FFiigguurraa 44..1100 -- MMaaccrrooffrraaccttooggrraaffiiaa ddee uumm CCPP eennssaaiiaaddoo eemm ttrraaççããoo ((tteemmppeerraattuurraa aammbbiieennttee));; aaççoo

AAIISSII 44334400;; ((aa)) rreeccoozziiddoo,, HHRRcc == 1155;; ZZFF,, ZZRR ee ZZCC;; ((bb)) tteemmppeerraaddoo ee rreevveenniiddoo,, HHRRcc == 2288;; ZZFF,,

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((aa)) ((bb))

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ZZRR ((mmaarrccaass rraaddiiaaiiss ggrroosssseeiirraass)) ee ZZCC..

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