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Prof. Luiz Cláudio Cândido ANÁLISE DE FALHAS (Parte IV-2) 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 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 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 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 44..44 -- FFrraattuurraa ppoorr FFaaddiiggaa CCaarraacctteerriizzaaççããoo:: rreessuullttaa nnoo ddeesseennvvoollvviimmeennttoo pprrooggrreessssiivvoo ddee uummaa ttrriinnccaa,, ssoobb aa iinnfflluuêênncciiaa ddee aapplliiccaaççõõeess rreeppeettiiddaass ddee tteennssõõeess,, ggeerraallmmeennttee iinnffeerriioorreess aaoo lliimmiittee ddee eessccooaammeennttoo ddoo mmaatteerriiaall.. PPrroocceessssoo ddee ffaaddiiggaa:: EEssttáággiioo II -- ccoorrrreessppoonnddee àà nnuucclleeaaççããoo ddee ttrriinnccaass eemm ddeessccoonnttiinnuuiiddaaddeess jjáá iinniicciiaallmmeennttee pprreesseenntteess nnoo mmaatteerriiaall,, oouu dduurraannttee aa cclliivvaaggeemm,, eemm iinnttrruussõõeess ee eexxttrruussõõeess,, aaoo lloonnggoo ddee iinncclluussõõeess,, eemm ccoonnttoorrnnooss ddee ggrrããooss ee ddee mmaaccllaass,, eettcc;; EEssttáággiioo IIII -- ccoorrrreessppoonnddee aaoo ccrreesscciimmeennttoo ddaa ttrriinnccaa nnuumm ppllaannoo ppeerrppeennddiiccuullaarr àà ddiirreeççããoo ddaa tteennssããoo aapplliiccaaddaa;; EEssttáággiioo IIIIII -- ccoorrrreessppoonnddee àà ffrraattuurraa bbrruussccaa ffiinnaall,, qquuaannddoo aa ttrriinnccaa aattiinnggee oo ttaammaannhhoo ccrrííttiiccoo ppaarraa pprrooppaaggaaççããoo iinnssttáávveell.. FFrraaccttooggrraaffiiaa:: MMaaccrrooffrraaccttooggrraaffiiaa:: oo aassppeeccttoo mmaaiiss ccaarraacctteerrííssttiiccoo éé aa pprreesseennççaa ddee ““mmaarrccaass ddee pprraaiiaa”” ((bbeeaacchh mmaarrkkss)),, pprroodduuzziiddaass eemm ccoonnsseeqqüüêênncciiaa ddee aalltteerraaççõõeess nnoo cciicclloo ddee tteennssõõeess,, sseejjaa nnoo sseeuu vvaalloorr oouu nnaa ffrreeqqüüêênncciiaa ddee aapplliiccaaççããoo,, aassssiimm ccoommoo ppaarraaddaass iinntteerrmmeeddiiáárriiaass.. MMiiccrrooffrraaccttooggrraaffiiaa:: pprreesseennççaa ddee eessttrriiaass;; ccaaddaa uummaa ccoorrrreessppoonnddeennttee aa uumm cciicclloo ddee tteennssããoo ((aa rreeccíípprrooccaa nnããoo éé vveerrddaaddeeiirraa)).. OO pprroocceessssoo ddee ddeeggrraaddaaççããoo pprrooggrreessssiivvaa ddooss mmaatteerriiaaiiss ppooddee sseerr ddiivviiddiiddoo nnooss sseegguuiinntteess tteerrmmooss:: pprroodduuççããoo ddee ddaannoo ccíícclliiccoo iinniicciiaall,, nnaa ffoorrmmaa ddee eenndduurreecciimmeennttoo oouu aammoolleecciimmeennttoo ddoo mmaatteerriiaall;; ccrriiaaççããoo ddee mmiiccrroottrriinnccaass;; ccooaalleesscciimmeennttoo ddeessttaass mmiiccrroottrriinnccaass,, ppaarraa ffoorrmmaarr uumm ddeeffeeiittoo iinniicciiaall ""ffaattaall"";; ssuubbsseeqqüüeennttee pprrooppaaggaaççããoo mmaaccrroossccóóppiiccaa ddeessttee ddeeffeeiittoo;; ffaallhhaa ffiinnaall ccaattaassttrróóffiiccaa oouu iinnssttaabbiilliiddaaddee.. Figura 4.69 - Fraturas por fadiga; (a) e (b) aço do tipo AISI 8640 utilizado em eixo-pinhão redutor de carregadores de bancada de uma empresa mineradora. (a) (b) Estágio II Estágio I FFiigguurraa 44..7700 -- RReepprreesseennttaaççããoo eessqquueemmááttiiccaa mmoossttrraannddoo ooss eessttáággiiooss:: II ((nnuucclleeaaççããoo)) ee IIII ((pprrooppaaggaaççããoo)) ddee ttrriinnccaa ppoorr ffaaddiiggaa eemm mmeettaaiiss ppoolliiccrriissttaalliinnooss.. AAddaappttaaççããoo ddee WW..DD.. CCAALLLLIISSTTEERR,, JJrr..,, MMaatteerriiaallss SScciieennccee aanndd EEnnggiinneeeerriinngg –– AAnn IInnttrroodduuccttiioonn,, JJoohhnn WWiilleeyy && SSoonnss,, NNeeww YYoorrkk,, FFiifftthh EEddiittiioonn,, 22000000.. FFiigguurraa 44..7700 -- RReepprreesseennttaaççããoo eessqquueemmááttiiccaa mmoossttrraannddoo ooss eessttáággiiooss:: II ((nnuucclleeaaççããoo)) ee IIII ((pprrooppaaggaaççããoo)) ddee ttrriinnccaa ppoorr ffaaddiiggaa eemm mmeettaaiiss ppoolliiccrriissttaalliinnooss.. Direção do crescimento da trinca Estágio I (origem) Estágio II Estria Deformação plástica FFiigguurraa 44..7711 -- RReepprreesseennttaaççããoo eessqquueemmááttiiccaa ddaa eevvoolluuççããoo ddee uummaa ttrriinnccaa ppoorr ffaaddiiggaa ddeessttaaccaannddoo--ssee aa zzoonnaa pplláássttiiccaa nnaa ppoonnttaa ddaa mmeessmmaa ee aa ggeerraaççããoo ddee eessttrriiaass nnaa ffrraattuurraa.. 44..44..11 –– MMeeccaanniissmmooss ddee IInniicciiaaççããoo ddee TTrriinnccaass –– CCaarraacctteerrííssttiiccaass MMiiccrroossccóóppiiccaass Extrusão Intrusão Matriz relativamente não deformada ((aa)) ((bb)) FFiigguurraa 44..7722 -- RReepprreesseennttaaççããoo eessqquueemmááttiiccaa ccoommppaarraannddoo ccaarrrreeggaammeennttooss:: ((aa)) eessttááttiiccoo;; ((bb)) ccíícclliiccoo –– ggeerraaççããoo ddee eexxttrruussõõeess ee iinnttrruussõõeess;; PPSSBB == bbaannddaass ddee ddeesslliizzaammeennttoo ppeerrssiisstteennttee ((BBDDPP)).. FFiigguurraa 44..7733 -- EExxttrruussõõeess ((aa)) ee iinnttrruussõõeess ((bb)) nnoo ccoobbrree qquuee ssooffrreeuu ccaarrrreeggaammeennttoo ccíícclliiccoo aa ––118833 oo CC.. Extrusão Intrusão Matriz relativamente não deformada ((aa)) ((bb)) FFiigguurraa 44..7722 -- RReepprreesseennttaaççããoo eessqquueemmááttiiccaa ccoommppaarraannddoo ccaarrrreeggaammeennttooss:: ((aa)) eessttááttiiccoo;; ((bb)) ccíícclliiccoo –– ggeerraaççããoo ddee eexxttrruussõõeess ee iinnttrruussõõeess;; PPSSBB == bbaannddaass ddee ddeesslliizzaammeennttoo ppeerrssiisstteennttee ((BBDDPP)).. Extrusão Intrusão Matriz relativamente não deformada ((aa)) ((bb)) FFiigguurraa 44..7722 -- RReepprreesseennttaaççããoo eessqquueemmááttiiccaa ccoommppaarraannddoo ccaarrrreeggaammeennttooss:: ((aa)) eessttááttiiccoo;; ((bb)) ccíícclliiccoo –– ggeerraaççããoo ddee eexxttrruussõõeess ee iinnttrruussõõeess;; PPSSBB == bbaannddaass ddee ddeesslliizzaammeennttoo ppeerrssiisstteennttee ((BBDDPP)).. Trinca Trinca Figura de difração de elétrons FFiigguurraa 44..7744 -- TTrriinnccaa oorriiggiinnaaddaa eemm uummaa bbaannddaa ddee ddeesslliizzaammeennttoo ppeerrssiisstteennttee nnoo ccoobbrree.. FFiigguurraa 44..7755 -- NNuucclleeaaççããoo ddee ttrriinnccaass nnoo ccoobbrree aa ppaarrttiirr ddaa iinntteerraaççããoo eennttrree bbaannddaass ddee ddeesslliizzaammeennttoo pprriimmáárriioo ee ccoonnttoorrnnoo ddee ggrrããoo.. microtrinca inclusão decoesão FFiigguurraa 44..7766 -- FFoorrmmaaççããoo ddee uummaa ttrriinnccaa ddee ffaaddiiggaa,, aa ppaarrttiirr ddee uummaa iinncclluussããoo ddee óóxxiiddoo eemm uumm aaççoo AAIISSII 44334400.. Fontes de iniciação de trincas por fadiga. Trinca por fadiga Bandas de deslizamento ((aa)) ((bb)) FFiigguurraa 44..7777 -- RReepprreesseennttaaççããooeessqquueemmááttiiccaa ddee pprrooppaaggaaççããoo ddee ttrriinnccaa ppoorr ffaaddiiggaa ((aa));; ssuuppeerrlliiggaa aa bbaassee ddee nnííqquueell ((bb)).. ((aa)) ((bb)) FFiigguurraa 44..7788 -- PPrrooppaaggaaççããoo ddee ttrriinnccaa ppoorr ffaaddiiggaa eemm lliiggaa AAll--LLii--CCuu;; ((aa)) ssuubbeennvveellhheecciiddaa;; ((bb)) ssuuppeerreennvveellhheecciiddaa.. ((aa)) Trinca por fadiga Bandas de deslizamento ((bb)) FFiigguurraa 44..7799 -- RReepprreesseennttaaççããoo eessqquueemmááttiiccaa ddee pprrooppaaggaaççããoo ppllaannaarr ddee ttrriinnccaa ((aa));; aammoossttrraa ddee ccoobbrree ((bb)).. FFiigguurraa 44..8811 -- EEffeeiittoo ddaa vvaarriiaaççããoo ddoo nníívveell ddee ccaarrrreeggaammeennttoo nnaa ddiissttâânncciiaa eennttrree eessttrriiaass eemm uummaa lliiggaa ddee aalluummíínniioo.. FFiigguurraa 44..8811 -- EEffeeiittoo ddaa vvaarriiaaççããoo ddoo nníívveell ddee ccaarrrreeggaammeennttoo nnaa ddiissttâânncciiaa eennttrree eessttrriiaass eemm uummaa lliiggaa ddee aalluummíínniioo.. Figura 4.80 - Estrias de fadiga; (a) liga Al-Cu-Mg; (b) aço bifásico (dual phase) ao silício, submetido ao ensaio de propagação de trinca por fadiga; região II na curva da/dN versus AK, MEV, 3.500X. (a) (b) FFiigguurraa 44..8822 -- RReepprreesseennttaaççããoo eessqquueemmááttiiccaa mmoossttrraannddoo aass eettaappaass ddaa eevvoolluuççããoo ddee uummaa ttrriinnccaa ppoorr ffaaddiiggaa,, ccoomm eessttrriiaass:: ((aa)) ffeecchhaammeennttoo;; ((bb)) aabbeerrttuurraa;; ((cc)) ttrriinnccaa nnaa mmááxxiimmaa ccaarrggaa –– eemmbboottaammeennttoo;; ((dd)) ffeecchhaannddoo;; ((ee)) ffeecchhaaddaa;; ((ff)) nnoovvaammeennttee aabbrriinnddoo.. ((aa)) ((bb)) FFiigguurraa 44..8833 -- MMiiccrrooffrraaccttooggrraaffiiaass ddee mmaatteerriiaaiiss qquuee ssooffrreerraamm ffrraattuurraa ppoorr ffaaddiiggaa;; pprreesseennççaa ddee eessttrriiaass.. 44..44..22 –– MMaaccrrooffrraaccttooggrraaffiiaa ddee FFaallhhaass ppoorr FFaaddiiggaa FFiigguurraa 44..8855 -- RReepprreesseennttaaççããoo eessqquueemmááttiiccaa ddee rraattcchheett mmaarrkkss eemm uumm eeiixxoo ccoomm ccoonncceennttrraaddoorreess ddee tteennssõõeess mmoossttrraannddoo ddeettaallhhaaddaammeennttee ooss ppoonnttooss ddee nnuucclleeaaççããoo ddee ttrriinnccaass ppoorr ffaaddiiggaa ((OO)) ee aass rreessppeeccttiivvaass bbeeaacchh mmaarrkkss ((BB)) ee aass rraattcchheett mmaarrkkss ((RR)).. O Origem Ruptura final (a) (b) Figura 4.84 - Macrofractografias de estruturas fraturadas por fadiga; presença de “marcas de praia”; (a) aço AISI 8640; (b) alumínio. (a) (b) (c) (d) Figura 4.86 - Superfícies de fratura de materiais que sofreram fadiga; (a) parafuso; (b) e (c) eixo de uma pá de um rotor/gerador hidroelétrico: verifica-se a presença de ratchet marks (R), beach marks (B), vários pontos de origem de trincas de fadiga (O) e a região de ruptura final por tração; (d) e (e) eixo de acionamento de polia de uma correia transportadora. Baixa concentração de tensão Alta concentração de tensão Baixa tensão nominal Alta tensão nominal FFiigguurraa 44..8877 -- RReepprreesseennttaaççããoo eessqquueemmááttiiccaa ddee ccoommoo aass ssuuppeerrffíícciieess ddee ffrraattuurraa ppoorr ffaaddiiggaa ppooddeemm sseerr eemm ffuunnççããoo ddaa mmaaggnniittuuddee ee oo ttiippoo ddee ccaarrrreeggaammeennttoo.. Figura 4.86 – (e) detalhe da Figura 4.86 (d). Baixa concentração de tensão Alta concentração de tensão Baixa tensão nominal Alta tensão nominal FFiigguurraa 44..8877 -- RReepprreesseennttaaççããoo eessqquueemmááttiiccaa ddee ccoommoo aass ssuuppeerrffíícciieess ddee ffrraattuurraa ppoorr ffaaddiiggaa ppooddeemm sseerr eemm ffuunnççããoo ddaa mmaaggnniittuuddee ee oo ttiippoo ddee ccaarrrreeggaammeennttoo.. Baixa concentração de tensão Alta concentração de tensão Baixa tensão nominal Alta tensão nominal FFiigguurraa 44..8877 -- RReepprreesseennttaaççããoo eessqquueemmááttiiccaa ddee ccoommoo aass ssuuppeerrffíícciieess ddee ffrraattuurraa ppoorr ffaaddiiggaa ppooddeemm sseerr eemm ffuunnççããoo ddaa mmaaggnniittuuddee ee oo ttiippoo ddee ccaarrrreeggaammeennttoo.. Baixa concentração de tensão Alta concentração de tensão Baixa tensão nominal Alta tensão nominal FFiigguurraa 44..8877 -- RReepprreesseennttaaççããoo eessqquueemmááttiiccaa ddee ccoommoo aass ssuuppeerrffíícciieess ddee ffrraattuurraa ppoorr ffaaddiiggaa ppooddeemm sseerr eemm ffuunnççããoo ddaa mmaaggnniittuuddee ee oo ttiippoo ddee ccaarrrreeggaammeennttoo.. Baixa tensão nominal Alta tensão nominal Nenhum concentrador de tensão Moderado concentrador de tensão Severo concentrador de tensão FFiigguurraa 44..8888 -- ((aa)) RReepprreesseennttaaççããoo eessqquueemmááttiiccaa ddoo eeffeeiittoo ddoo ttiippoo ddee ssoolliicciittaaççããoo nnoo aassppeeccttoo ddee ffrraattuurraa ppoorr ffaaddiiggaa eemm CCPPss cciillíínnddrriiccooss sseemm eennttaallhhee.. Baixa tensão nominal Alta tensão nominal Nenhum concentrador de tensão Moderado concentrador de tensão Severo concentrador de tensão FFiigguurraa 44..8888 -- ((aa)) RReepprreesseennttaaççããoo eessqquueemmááttiiccaa ddoo eeffeeiittoo ddoo ttiippoo ddee ssoolliicciittaaççããoo nnoo aassppeeccttoo ddee ffrraattuurraa ppoorr ffaaddiiggaa eemm CCPPss cciillíínnddrriiccooss sseemm eennttaallhhee.. Baixa tensão nominal Alta tensão nominal Nenhum concentrador de tensão Moderado concentrador de tensão Severo concentrador de tensão FFiigguurraa 44..8888 -- ((aa)) RReepprreesseennttaaççããoo eessqquueemmááttiiccaa ddoo eeffeeiittoo ddoo ttiippoo ddee ssoolliicciittaaççããoo nnoo aassppeeccttoo ddee ffrraattuurraa ppoorr ffaaddiiggaa eemm CCPPss cciillíínnddrriiccooss sseemm eennttaallhhee.. FFiigguurraa 44..8888 -- ((bb)) RReepprreesseennttaaççããoo eessqquueemmááttiiccaa ddoo eeffeeiittoo ddoo ttiippoo ddee ssoolliicciittaaççããoo nnoo aassppeeccttoo ddee ffrraattuurraa ppoorr ffaaddiiggaa eemm CCPPss cciillíínnddrriiccooss ccoomm ee sseemm eennttaallhhee.. FFiigguurraa 44..8888 -- ((bb)) RReepprreesseennttaaççããoo eessqquueemmááttiiccaa ddoo eeffeeiittoo ddoo ttiippoo ddee ssoolliicciittaaççããoo nnoo aassppeeccttoo ddee ffrraattuurraa ppoorr ffaaddiiggaa eemm CCPPss cciillíínnddrriiccooss ccoomm ee sseemm eennttaallhhee.. FFiigguurraa 44..8888 -- ((bb)) RReepprreesseennttaaççããoo eessqquueemmááttiiccaa ddoo eeffeeiittoo ddoo ttiippoo ddee ssoolliicciittaaççããoo nnoo aassppeeccttoo ddee ffrraattuurraa ppoorr ffaaddiiggaa eemm CCPPss cciillíínnddrriiccooss ccoomm ee sseemm eennttaallhhee.. FFiigguurraa 44..8888 -- ((bb)) RReepprreesseennttaaççããoo eessqquueemmááttiiccaa ddoo eeffeeiittoo ddoo ttiippoo ddee ssoolliicciittaaççããoo nnoo aassppeeccttoo ddee ffrraattuurraa ppoorr ffaaddiiggaa eemm CCPPss cciillíínnddrriiccooss ccoomm ee sseemm eennttaallhhee.. FFiigguurraa 44..8888 -- ((bb)) RReepprreesseennttaaççããoo eessqquueemmááttiiccaa ddoo eeffeeiittoo ddoo ttiippoo ddee ssoolliicciittaaççããoo nnoo aassppeeccttoo ddee ffrraattuurraa ppoorr ffaaddiiggaa eemm CCPPss cciillíínnddrriiccooss ccoomm ee sseemm eennttaallhhee.. ((cc..11)) ((cc..22)) FFiigguurraa 44..8899 -- ((cc)) EExxeemmppllooss ddee eeiixxooss ffrraattuurraaddooss ccoomm ccaarrrreeggaammeennttoo ddee:: ((cc..11)) fflleexxããoo rroottaattiivvaasseemm aa pprreesseennççaa ddee uumm ccoonncceennttrraaddoorr ddee tteennssããoo;; nnoottaa--ssee oo iinníícciioo ddaa ffrraattuurraa ((sseettaa)) ee qquuee aa mmaaiioorr áárreeaa ddaa sseeççããoo aapprreesseennttaa ““mmaarrccaass ddee pprraaiiaa””,, ppoorrttaannttoo,, ffrraattuurroouu ccoomm bbaaiixxoo nníívveell ddee ccaarrrreeggaammeennttoo;; ((cc..22)) fflleexxããoo rreevveerrssaa ccoomm ccoonncceennttrraaddoorr ddee tteennssããoo;; eeiixxoo ddee ccaarrrreettaa ppaarraa ttrraannssppoorrttee ddee ttrraattoorr ddee uummaa eemmpprreessaa mmiinneerraaddoorraa ((aaççoo ddoo ttiippoo AAIISSII 88662200));; aass sseettaass iinnddiiccaamm aass rreeggiiõõeess ddee iinníícciioo ddaass ttrriinnccaa ppoorr ffaaddiiggaa.. ((cc..11)) ((cc..22)) FFiigguurraa 44..8899 -- ((cc)) EExxeemmppllooss ddee eeiixxooss ffrraattuurraaddooss ccoomm ccaarrrreeggaammeennttoo ddee:: ((cc..11)) fflleexxããoo rroottaattiivvaa sseemm aa pprreesseennççaa ddee uumm ccoonncceennttrraaddoorr ddee tteennssããoo;; nnoottaa--ssee oo iinníícciioo ddaa ffrraattuurraa ((sseettaa)) ee qquuee aa mmaaiioorr áárreeaa ddaa sseeççããoo aapprreesseennttaa ““mmaarrccaass ddee pprraaiiaa””,, ppoorrttaannttoo,, ffrraattuurroouu ccoomm bbaaiixxoo nníívveell ddee ccaarrrreeggaammeennttoo;; ((cc..22)) fflleexxããoo rreevveerrssaa ccoomm ccoonncceennttrraaddoorr ddee tteennssããoo;; eeiixxoo ddee ccaarrrreettaa ppaarraa ttrraannssppoorrttee ddee ttrraattoorr ddee uummaa eemmpprreessaa mmiinneerraaddoorraa ((aaççoo ddoo ttiippoo AAIISSII 88662200));; aass sseettaass iinnddiiccaamm aass rreeggiiõõeess ddee iinníícciioo ddaass ttrriinnccaa ppoorr ffaaddiiggaa.. ((cc..11)) ((cc..22)) FFiigguurraa 44..8888 -- ((cc)) EExxeemmppllooss ddee eeiixxooss ffrraattuurraaddooss ccoomm ccaarrrreeggaammeennttoo ddee:: ((cc..11)) fflleexxããoo rroottaattiivvaa sseemm aa pprreesseennççaa ddee uumm ccoonncceennttrraaddoorr ddee tteennssããoo;; nnoottaa--ssee oo iinníícciioo ddaa ffrraattuurraa ((sseettaa)) ee qquuee aa mmaaiioorr áárreeaa ddaa sseeççããoo aapprreesseennttaa ““mmaarrccaass ddee pprraaiiaa””,, ppoorrttaannttoo,, ffrraattuurroouu ccoomm bbaaiixxoo nníívveell ddee ccaarrrreeggaammeennttoo;; ((cc..22)) fflleexxããoo rreevveerrssaa ccoomm ccoonncceennttrraaddoorr ddee tteennssããoo;; eeiixxoo ddee ccaarrrreettaa ppaarraa ttrraannssppoorrttee ddee ttrraattoorr ddee uummaa eemmpprreessaa mmiinneerraaddoorraa ((aaççoo ddoo ttiippoo AAIISSII 88662200));; aass sseettaass iinnddiiccaamm aass rreeggiiõõeess ddee iinníícciioo ddaass ttrriinnccaa ppoorr ffaaddiiggaa.. (c.3) FFiigguurraa 44..8888 -- ((dd)) RReepprreesseennttaaççããoo eessqquueemmááttiiccaa ddoo eeffeeiittoo ddoo ttiippoo ddee ssoolliicciittaaççããoo nnoo aassppeeccttoo ddee ffrraattuurraa ppoorr ffaaddiiggaa;; CCPPss pprriissmmááttiiccooss lliissooss,, ffuurraaddooss ee ccoomm eennttaallhheess.. FFiigguurraa 44..8888 -- ((dd)) RReepprreesseennttaaççããoo eessqquueemmááttiiccaa ddoo eeffeeiittoo ddoo ttiippoo ddee ssoolliicciittaaççããoo nnoo aassppeeccttoo ddee ffrraattuurraa ppoorr ffaaddiiggaa;; CCPPss pprriissmmááttiiccooss lliissooss,, ffuurraaddooss ee ccoomm eennttaallhheess.. FFiigguurraa 44..8888 -- ((dd)) RReepprreesseennttaaççããoo eessqquueemmááttiiccaa ddoo eeffeeiittoo ddoo ttiippoo ddee ssoolliicciittaaççããoo nnoo aassppeeccttoo ddee ffrraattuurraa ppoorr ffaaddiiggaa;; CCPPss pprriissmmááttiiccooss lliissooss,, ffuurraaddooss ee ccoomm eennttaallhheess.. FFiigguurraa 44..8888 -- ((dd)) RReepprreesseennttaaççããoo eessqquueemmááttiiccaa ddoo eeffeeiittoo ddoo ttiippoo ddee ssoolliicciittaaççããoo nnoo aassppeeccttoo ddee ffrraattuurraa ppoorr ffaaddiiggaa;; CCPPss pprriissmmááttiiccooss lliissooss,, ffuurraaddooss ee ccoomm eennttaallhheess.. FFiigguurraa 44..8888 -- ((dd)) RReepprreesseennttaaççããoo eessqquueemmááttiiccaa ddoo eeffeeiittoo ddoo ttiippoo ddee ssoolliicciittaaççããoo nnoo aassppeeccttoo ddee ffrraattuurraa ppoorr ffaaddiiggaa;; CCPPss pprriissmmááttiiccooss lliissooss,, ffuurraaddooss ee ccoomm eennttaallhheess.. FFiigguurraa 44..8888 -- ((dd)) RReepprreesseennttaaççããoo eessqquueemmááttiiccaa ddoo eeffeeiittoo ddoo ttiippoo ddee ssoolliicciittaaççããoo nnoo aassppeeccttoo ddee ffrraattuurraa ppoorr ffaaddiiggaa;; CCPPss pprriissmmááttiiccooss lliissooss,, ffuurraaddooss ee ccoomm eennttaallhheess.. FFiigguurraa 44..8888 -- ((ee)) EExxeemmpplloo ddee uumm ccoommppoonneennttee pprriissmmááttiiccoo ffrraattuurraaddoo ssoobb ccaarrrreeggaammeennttoo ddee fflleexxããoo uunniiddiirreecciioonnaall ccoomm aa pprreesseennççaa ddee uumm ccoonncceennttrraaddoorr ddee tteennssããoo;; nnoottaa--ssee oo iinníícciioo ddaa ffrraattuurraa ((sseettaa)) ee qquuee aa mmaaiioorr áárreeaa ddaa sseeççããoo aapprreesseennttaa ““mmaarrccaass ddee pprraaiiaa””,, ppoorrttaannttoo,, ffrraattuurroouu ccoomm bbaaiixxoo nníívveell ddee ccaarrrreeggaammeennttoo.. Direção de carregamento Sucessivos estágios na frente da trinca Direção de propagação da trinca Modo a 90o Região de transição Espessura Figura 4.89 - Representação esquemática da propagação de trinca em função do estado de tensão no material; no detalhe é feita uma Comparação com um corpo-de-prova tipo tração-compacto, CT, utilizado para estudar a propagação de trincas de fadiga em um liga de alumínio 7075. ((aa)) ((bb)) ((cc)) ((dd)) ((aa)) ((bb)) ((cc)) ((dd)) ((ee)) ((ff)) ((gg)) ((hh)) ((ii)) ((ee)) ((ff)) ((gg)) ((ee)) ((ff)) ((gg)) ((hh)) ((ii))((hh)) ((ii)) (e) (g) ((jj)) ((ll)) ((mm)) ((nn)) FFiigguurraa 44..9900 -- MMaaccrrooffrraaccttooggrraaffiiaass ddee mmaatteerriiaaiiss qquuee ssooffrreerraamm ffrraattuurraa ppoorr ffaaddiiggaa.. ((jj)) ((ll)) ((mm)) ((nn)) FFiigguurraa 44..9900 -- MMaaccrrooffrraaccttooggrraaffiiaass ddee mmaatteerriiaaiiss qquuee ssooffrreerraamm ffrraattuurraa ppoorr ffaaddiiggaa.. ((mm)) ((nn)) FFiigguurraa 44..9900 -- MMaaccrrooffrraaccttooggrraaffiiaass ddee mmaatteerriiaaiiss qquuee ssooffrreerraamm ffrraattuurraa ppoorr ffaaddiiggaa.. ((mm)) ((nn)) FFiigguurraa 44..9900 -- MMaaccrrooffrraaccttooggrraaffiiaass ddee mmaatteerriiaaiiss qquuee ssooffrreerraamm ffrraattuurraa ppoorr ffaaddiiggaa.. (o) (p) Figura 4.91 - Fratura por fadiga de um eixo de carreta. Fonte: GESFRAM/UFOP. Figura 4.92 - CP ensaiado em tração - eixo (Figura 4.91); (a) macrofractografia; (b) microfractografias (MEV). (a) (b) (c) (a) (b) (c) Figura 4.93 - CPs ensaiados sob impacto - eixo (Figura 4.91); (a) macrofractografia; (b) e (c) microfractografias (MEV). Figura 4.94 - Fratura por fadiga em eixo-pinhão redutor; aço semelhante ao do tipo AISI-SAE 4140; com concentrador de tensão. (a) (b) (c) Figura 4.95 - Fadiga por contato em eixo para acionamento de um moinho; destaca-se: arrancamento de dentes; “marcas de praia”; “pites”. (d) (e) Figura 4.95 – Continuação: (d), (e). (a) (b) Figura 4.96 - Fadiga por contato em eixo de sistema de redutor de velocidade. (a) (b) (c) (d) Figura 4.97 - Fadiga por contato em eixo pinhão de alta rotação, utilizadopara redução de velocidade em bomba de polpa de minério de ferro de uma empresa mineradora. (a) (b) (c) (d) Figura 4.98 - Microfractografias correspondentes à Figura 4.97(d); nota-se “lascamento” (spalling) e trincas na região de inclusões. Figura 4.98 – Continuação: (e), (f). (f)(e) (a) (b) Figura 4.99 - Fratura por fadiga em um cilindro de laminação. (a) (b) (c) (d) Figura 4.100 - Eixo fraturado por fadiga – sistema de acionamento de forno horizontal para calcinação de alumina. Fratura por fadiga – presença de degraus (“catracas”). Fratura por fadiga. Fratura por fadiga – presença de concentradores de tensão. Corrosão-fadiga ((aa)) ((bb)) ((cc)) FFiigguurraa 44..9911 -- EExxeemmppllooss ddee ccaassooss ddee ffrraattuurraa ppoorr ccoorrrroossããoo--ffaaddiiggaa eemm aaççoo--ccaarrbboonnoo;; ((aa)) mmaaccrrooffrraaccttooggrraaffiiaa;; ((bb)) ee ((cc)) mmiiccrrooffrraaccttooggrraaffiiaass.. ((aa)) ((bb)) ((cc)) FFiigguurraa 44..9911 -- EExxeemmppllooss ddee ccaassooss ddee ffrraattuurraa ppoorr ccoorrrroossããoo--ffaaddiiggaa eemm aaççoo--ccaarrbboonnoo;; ((aa)) mmaaccrrooffrraaccttooggrraaffiiaa;; ((bb)) ee ((cc)) mmiiccrrooffrraaccttooggrraaffiiaass.. ((aa)) ((bb)) ((cc)) FFiigguurraa 44..9911 -- EExxeemmppllooss ddee ccaassooss ddee ffrraattuurraa ppoorr ccoorrrroossããoo--ffaaddiiggaa eemm aaççoo--ccaarrbboonnoo;; ((aa)) mmaaccrrooffrraaccttooggrraaffiiaa;; ((bb)) ee ((cc)) mmiiccrrooffrraaccttooggrraaffiiaass.. Figura 4.101 - Exemplos de casos de fratura por corrosão-fadiga em aço-carbono; (a) macrofractografia; (b) e (c) microfractografias. ((aa)) ((bb)) ((cc)) FFiigguurraa 44..9922 -- CCoorrrroossããoo--ffaaddiiggaa eemm ttuubboo ddee aaççoo iinnooxxiiddáávveell ffeerrrrííttiiccoo ddoo ttiippoo AAIISSII 440099 ssoollddaaddoo ppeelloo pprroocceessssoo EEWWRR ((EElleettrriicc RReessiissttaannccee WWeellddiinngg)) eemm mmeeiioo ccoonntteennddoo ccoonnddeennssaaddoo ssiinnttééttiiccoo ((ppHH 33,,00));; ((aa)) eennssaaiioo nnaa mmááqquuiinnaa sseerrvvoohhiiddrrááuulliiccaa IINNSSTTRROONN 2255 ttoonn..;; ((bb)) ssuuppeerrffíícciiee ddee ffrraattuurraa ddoo CCPP;; ((cc)) ddeessttaaqquuee ddaa rreeggiiããoo ddaa ssoollddaa oonnddee ffoorraamm nnuucclleeaaddaass ttrriinnccaass.. ((aa)) ((bb)) ((cc)) FFiigguurraa 44..9922 -- CCoorrrroossããoo--ffaaddiiggaa eemm ttuubboo ddee aaççoo iinnooxxiiddáávveell ffeerrrrííttiiccoo ddoo ttiippoo AAIISSII 440099 ssoollddaaddoo ppeelloo pprroocceessssoo EEWWRR ((EElleettrriicc RReessiissttaannccee WWeellddiinngg)) eemm mmeeiioo ccoonntteennddoo ccoonnddeennssaaddoo ssiinnttééttiiccoo ((ppHH 33,,00));; ((aa)) eennssaaiioo nnaa mmááqquuiinnaa sseerrvvoohhiiddrrááuulliiccaa IINNSSTTRROONN 2255 ttoonn..;; ((bb)) ssuuppeerrffíícciiee ddee ffrraattuurraa ddoo CCPP;; ((cc)) ddeessttaaqquuee ddaa rreeggiiããoo ddaa ssoollddaa oonnddee ffoorraamm nnuucclleeaaddaass ttrriinnccaass.. ((aa)) ((bb)) ((cc)) FFiigguurraa 44..9922 -- CCoorrrroossããoo--ffaaddiiggaa eemm ttuubboo ddee aaççoo iinnooxxiiddáávveell ffeerrrrííttiiccoo ddoo ttiippoo AAIISSII 440099 ssoollddaaddoo ppeelloo pprroocceessssoo EEWWRR ((EElleettrriicc RReessiissttaannccee WWeellddiinngg)) eemm mmeeiioo ccoonntteennddoo ccoonnddeennssaaddoo ssiinnttééttiiccoo ((ppHH 33,,00));; ((aa)) eennssaaiioo nnaa mmááqquuiinnaa sseerrvvoohhiiddrrááuulliiccaa IINNSSTTRROONN 2255 ttoonn..;; ((bb)) ssuuppeerrffíícciiee ddee ffrraattuurraa ddoo CCPP;; ((cc)) ddeessttaaqquuee ddaa rreeggiiããoo ddaa ssoollddaa oonnddee ffoorraamm nnuucclleeaaddaass ttrriinnccaass.. (a) (e) Figura 4.102 - Corrosão-fadiga em tubo de aço inoxidável ferrítico do tipo AISI 409 soldado pelo processo EWR (Eletric Resistance Welding) em meio contendo condensado sintético (pH 3,0); (a) ensaio na máquina servohidráulica INSTRON 25 ton.; (b) superfície de fratura do CP; (c) destaque da região da solda onde foram nucleadas trincas; (d) e (e) evolução do trincamento vista em um MEV. (b) (c) (d) 44..55 –– FFrraattuurraa ppoorr FFlluuêênncciiaa AA ccoonnddiiççããoo ddee ttrraabbaallhhoo eemm ““aallttaass”” tteemmppeerraattuurraass ppooddee lleevvaarr aa mmooddiiffiiccaaççõõeess mmiiccrrooeessttrruuttuurraaiiss ddoo ttiippoo:: mmaaiioorr mmoobbiilliiddaaddee ddee ddiissccoorrddâânncciiaass –– ppoossssiibbiilliiddaaddee ddee eessccaallaaggeemm;; aattiivvaaççããoo ddee nnoovvooss mmeeccaanniissmmooss ddee ddeeffoorrmmaaççããoo;; eessttaabbiilliiddaaddee ddee ffaasseess –– rreeccrriissttaalliizzaaççããoo ee ccrreesscciimmeennttoo ddee ggrrããooss aa ppaarrttiirr ddee uummaa eessttrruuttuurraa ddeeffoorrmmaaddaa aa ffrriioo,, ssuuppeerreennvveellhheecciimmeennttoo ddee uummaa eessttrruuttuurraa ddee ppaarrttííccuullaass pprreecciippiittaaddaass,, eettcc;; ooxxiiddaaççããoo ccaattaassttrróóffiiccaa ee ppeenneettrraaççããoo iinntteerrggrraannuullaarr ddee óóxxiiddoo.. PPrroocceessssoo ddee fflluuêênncciiaa:: EEssttáággiioo II:: pprriimmáárriioo oouu ttrraannssiieennttee,, eemm qquuee aa ccaarrggaa éé aapplliiccaaddaa,, oo mmaatteerriiaall ssooffrree uumm aalloonnggaammeennttoo iinnssttaannttâânneeoo,, ee ddeeffoorrmmaa--ssee ccoomm vveelloocciiddaaddee ddeeccrreesscceennttee;; ooccoorrrreemm aalltteerraaççõõeess nnaa ssuubbeessttrruuttuurraa ddee ddiissccoorrddâânncciiaass,, qquuee ddiiffiiccuullttaamm oo mmoovviimmeennttoo ddaass mmeessmmaass;; EEssttáággiioo IIII:: sseeccuunnddáárriioo,, ddee ttaaxxaa ccoonnssttaannttee oouu qquuaassee vviissccoossoo,, eemm qquuee oo mmaatteerriiaall ddeeffoorrmmaa--ssee ccoomm vveelloocciiddaaddee aapprrooxxiimmaaddaammeennttee ccoonnssttaannttee;; ssuubbeessttrruuttuurraa eessttáávveell ddee ddiissccoorrddâânncciiaass;; bbaallaannççoo ddiinnââmmiiccoo eennttrree eenndduurreecciimmeennttoo ee rreeccuuppeerraaççããoo;; EEssttáággiioo IIIIII:: tteerrcciiáárriioo,, eemm qquuee aa vveelloocciiddaaddee ddee ddeeffoorrmmaaççããoo nnoovvaammeennttee ccrreessccee,, cchheeggaannddoo àà ffrraattuurraa;; ooccoorrrree ppaarraa eelleevvaaddooss nníívveeiiss ddee ccaarrrreeggaammeennttoo ee//oouu tteemmppeerraattuurraa;; oo bbaallaannççoo eennttrree eenndduurreecciimmeennttoo ee rreeccuuppeerraaççããoo éé ppeerrddiiddoo,, ddeevviiddoo aa aallgguummaa iinnssttaabbiilliiddaaddee mmeettaallúúrrggiiccaa:: eessttrriiccççããoo llooccaalliizzaaddaa,, ccoorrrroossããoo,, ffrraattuurraa iinntteerrggrraannuullaarr,, mmiiccrrooccaavviiddaaddeess,, pprreecciippiittaaççããoo ddee ppaarrttííccuullaass ffrráággeeiiss ddee sseegguunnddaa--ffaassee,, rreeccrriissttaalliizzaaççããoo ddee ggrrããooss,, eettcc.. 44..55..11 –– MMeeccaanniissmmooss ddee DDeeffoorrmmaaççããoo aa)) DDeesslliizzaammeennttoo:: ooppeerraaççããoo ddee nnoovvoossssiisstteemmaass ddee ddeesslliizzaammeennttoo bbaannddaass ddee ddeesslliizzaammeennttoo mmaaiiss ggrroossssaass ee mmaaiiss llaarrggaammeennttee eessppaaççaaddaass bb)) FFoorrmmaaççããoo ddee ssuubbggrrããooss:: rreeaarrrraannjjoo ddee ddiissccoorrddâânncciiaass,, ffoorrmmaannddoo ccoonnttoorrnnooss ddee bbaaiixxoo âânngguulloo ee uummaa eessttrruuttuurraa ddee ssuubbggrrããooss pprreeddoommiinnâânncciiaa eemm mmeettaaiiss ccoomm eelleevvaaddaa eenneerrggiiaa ddee ffaallhhaa ddee eemmppiillhhaammeennttoo,, uummaa vveezz qquuee ppaarraa mmeettaaiiss ccoomm bbaaiixxaa eenneerrggiiaa ddee ffaallhhaa ddee eemmppiillhhaammeennttoo hháá uummaa tteennddêênncciiaa ppaarraa rreeccrriissttaalliizzaaççããoocc)) EEssccoorrrreeggaammeennttoo ddee ccoonnttoorrnnooss ddee ggrrããooss pprroocceessssoo ddee cciissaallhhaammeennttoo qquuee ooccoorrrree nnaa ddiirreeççããoo ddoo ccoonnttoorrnnoo ddee ggrrããoo,, aa ppaarrttiirr ddoo mmoovviimmeennttoo ddee ggrrããooss aaddjjaacceenntteess pprroommoovviiddoo ppoorr aauummeennttoo ddee tteemmppeerraattuurraa ee//oouu ddiimmiinnuuiiççããoo ddaa ttaaxxaa ddee ddeeffoorrmmaaççããoo ooccoorrrree ddeessccoonnttiinnuuaammeennttee ccoomm oo tteemmppoo,, ccoomm uumm ddeessllooccaammeennttoo nnããoo uunniiffoorrmmee aaoo lloonnggoo ddoo ccoonnttoorrnnoo ddee ggrrããoo ccoonnsseeqqüüêênncciiaa:: iinniicciiaaççããoo ddoo pprroocceessssoo ddee ffrraattuurraa nnooss ccoonnttoorrnnooss ddee ggrrããoo FFrraaccttooggrraaffiiaa:: FFrraattuurraa ttrraannssggrraannuullaarr:: iinniicciiaa--ssee uummaa eessttrriiccççããoo aaoo ffiinnaall ddoo eessttáággiioo IIII,, ee aa ddeeffoorrmmaaççããoo ccoonncceennttrraa--ssee nneessttaa rreeggiiããoo aattéé aa ffrraattuurraa ffiinnaall;; éé ccaarraacctteerriizzaaddaa ppeellaa pprreesseennççaa ddee ddeeffoorrmmaaççããoo pplláássttiiccaa ggeenneerraalliizzaaddaa nnaa rreeggiiããoo pprróóxxiimmaa àà ffrraattuurraa.. FFrraattuurraa iinntteerrggrraannuullaarr:: eessccoorrrreeggaammeennttoo ddee ccoonnttoorrnnooss ddee ggrrããooss ccoomm aappaarreecciimmeennttoo ddee ttrriinnccaass eemm ccuunnhhaa,, aa ppaarrttiirr ddee ppoonnttooss ttrriippllooss ddee ccoonnttoorrnnooss ddee ggrrããooss ((bbaaiixxaass tteemmppeerraattuurraass ee aallttaass tteennssõõeess)) ee,, ccaavviiddaaddeess,, eemm ddeeggrraauuss ddee ccoonnttoorrnnooss ddee ggrrããooss oouu pprreecciippiittaaddooss ((aallttaass tteemmppeerraattuurraass ee bbaaiixxaass tteennssõõeess));; éé ccaarraacctteerriizzaaddaa ppeellaa pprreesseennççaa ddee ggrraannddee nnúúmmeerroo ddee ttrriinnccaass iinntteerrggrraannuullaarreess nnaass rreeggiiõõeess aaddjjaacceenntteess àà ffrraattuurraa pprriinncciippaall.. (a) (b) (c) Deslizamento Tensão aplicada Cavidade Figura 4.103 - “Cavitação tipo-w” em ponto triplo de contornos de grão. Figura 4.104 - “Cavidades tipo-w” nucleadas em contornos de grão (setas); (a) cobre; liga inconel 625; (c) liga incoloy 800; MEV. (a) (b) Tensão aplicada Cavidades Figura 4.105 - “Cavitação tipo-r” em contornos de grão; normal ao eixo de tensão. Figura 4.106 - “Cavidades tipo-r” nucleadas em contornos de grão (setas); (a) cobre; (b) liga PE-16; MEV. ((aa)) ((bb)) ((aa)) ((bb)) Figura 4.107 - Macrofractografias de ligas a base de níquel fraturadas por fluência; (a) evolução de trincas; (b) deformação plástica localizada (estricção). Exemplo: Carros Torpedo Representação esquemática de um carro torpedo. Fotografia de um carro torpedo da Cia AMT sob ação de radiação. Fotografia de um carro torpedo da Cia AMT. Trincamento e fratura por fluência; tubulações. Tubos de aços de caldeira; rompimento por fluência. Máquina para ensaios de fluência com carga constante. (CDTN/CNEN) Máquina para ensaios de fluência com carga constante. (CDTN/CNEN) Ensaio de fluência: equipamentos CPs ensaiados sob fluência. 4.6 - Fratura em Ambientes Agressivos 4.6.1 - Fratura por corrosão sob tensão Tensão (tração) Material susceptível Meio corrosivo CST Figura 4.92 - Três condições simultâneas requeridas para ocorrer CST, além do tempo Figura 4.108 - Três condições simultâneas requeridas para ocorrer CST, além do tempo. FFiigguurraa 44..110099 -- IInnfflluuêênncciiaa ddee ff aattoorreess mmeeccâânniiccooss ee eelleettrrooqquuíímmiiccooss nnaa ccoorrrroossããoo ssoobb tteennssããoo.. ((aa)) FFiigguurraa 44..111100 -- RReepprreesseennttaaçç ããoo eessqquueemmááttiiccaa mmoossttrraannddoo uumm mmooddeelloo ddee rruuppttuurr aa ddee ffiillmmee;; ((aa)) ggeerraall ;; Meio Filme passivo Trinca parada Planos de deslizamento ((bb)) FFiigguurraa 44..111100 -- ((bb)) ddeeffoorrmmaaççããoo pplláássttiiccaa ccoomm ggeerraaçç ããoo ddee ddee ggrraauuss nnaa ssuuppeerrffíícciiee –– rruuppttuurraa ddee ffiillmmee ;; Meio corrosivo Repassivação lenta Óxido plástico e degrau pequeno Óxido frágil e repassivação rápida Óxido frágil e sem repassivação (c) Figura 4.110 - (c) evolução do mecanismo. Aspectos fractográficos da CST: Macroscopicamente: a fratura é sempre frágil, mesmo em materiais com comportamento dúctil (ex.: aços inoxidáveis austeníticos); Geralmente, a fratura ocorre em um plano perpendicular à tensão aplicada; Microscopicamente: fratura transgranular ou intergranular; presença de facetas de clivagem; Dependendo do nível de tensão aplicado ao material, pode ocorrer o surgimento de ramificações de trincas. (a) (b) Figura 4.111 - Corpos-de-prova trincados por corrosão sob tensão: (a,b,c,d) – sistema: aço inoxidável austenítico AISI 304/soluções contendo cloretos (pH 0,0), temperatura ambiente. CPs: (a,b) tração liso; (c,d) tração com entalhe. (c) (d) Figura 4.111 – Continuação: (c,d) – CPs com entalhe. (a) (b) Corpos-de-prova lisos trincados por corrosão sob tensão; sistema: aço inoxidável austenítico AISI 304/soluções contendo cloretos (pH 0,0), temperatura ambiente; (a) CP sendo ensaiado; (b) CP trincado por CST antes da ruptura. (a) (b) (c) Ruptura mecânica (fratura dúctil) Pré-trinca (fadiga) CST Ruptura mecânica (fratura frágil) (d) Figura 4.112 - Corpos-de-prova trincados por corrosão sob tensão - sistemas: (a,b) aço inoxidável duplex 2205/soluções com 42% (peso) MgCl2 (143 oC); (c,d,e) aço inoxidável ferrítico AISI 444 soldado com aço inoxidável austenítico AISI 316LSi/ soluções com 1M HCl (temperatura ambiente); CPs: (a) em U (deformação constante no CP); (b) duplo entalhe (TN-DCB); (c,d,e) tração-compacto - C(T) (carga constante no CP. Figura 4.112 – Continuação: (e). Figura 4.113 - Fotomicrografias de CPs que sofreram corrosão sob tensão; sistema aço inoxidável austenítico AISI 304/cloretos; (a) trincas típicas; (b) trincas transgranulares; ataque: HCl/HNO3. (a) (b) (a) (b) (c) Figura 4.98 - Degradação de elementos estruturais de uma ponte metálica em função do fenômeno de corrosão (a) e (b); pites e trinca por corrosão sob tensão em tubo de serpentina de aço inoxidável AISI 304 em meio contendo íons cloretos (c). (a) (b) (c) Figura 4.98 - Degradação de elementos estruturais de uma ponte metálica em função do fenômeno de corrosão (a) e (b); pites e trinca por corrosão sob tensão em tubo de serpentina de aço inoxidável AISI 304 em meio contendo íons cloretos(c). (a) (b) (c) Figura 4.98 - Degradação de elementos estruturais de uma ponte metálica em função do fenômeno de corrosão (a) e (b); pites e trinca por corrosão sob tensão em tubo de serpentina de aço inoxidável AISI 304 em meio contendo íons cloretos (c). Figura 4.114 - Microfractografias de CPs trincados por CST; sistema: aço inoxidável duplex 2205/42% MgCl2 (143 oC); (a,b) 1000 X; (c) 2000 X ; MEV; nota-se o aspecto frágil da fratura. (a) (b) (c) (a) (b) (c) Figura 4.115 - Degradação de elementos estruturais de uma ponte metálica em função do fenômeno de corrosão (a) e (b); pites e trinca por corrosão sob tensão em tubo de serpentina de aço inoxidável AISI 304 em meio contendo íons cloretos (c). 4.6.2 - Fratura por hidrogênio (fragilização pelo hidrogênio) Região do vértice da trinca Tensão local Zona de fratura Reação de fragilização Etapas: 1. Transporte da fase gasosa 2. Adsorção física 3. Adsorção química dissociativa 4. Entrada de hidrogênio 5. Difusão Figura 4.116 - Representação esquemática de um possível modelo de mecanismo de fragilização pelo hidrogênio. Figura 4.117 - Representação esquemática de diferentes formas de propagação de trincas por fragilização pelo hidrogênio como função do nível de intensidade de tensão (K): (a) “altos” níveis de K; (b) níveis intermediários de K; (c) “baixos” níveis de K. Figura 4.118 - Representação esquemática de fragilização por dissolução anódica em sistemas de deslizamento (a) e por hidrogênio em meios aquosos (b). (1) Difusão no líquido; (2) Descarga e redução; (3) Recombinação pelo hidrogênio adsorvido; (4) Difusão na superfície pelo átomo adsorvido; (5) Absorção de hidrogênio pelo metal; (6) Difusão de hidrogênio absorvido. Figura 4.119 - Trincamento por fragilização pelo hidrogênio na zona termicamente afetada em um aço baixo-carbono soldado com eletrodo revestido; 18 X. 44..66..33 –– CCoorrrroossããoo iinntteerrggrraannuullaarr Figura 4.120 - Figura esquemática das variáveis metalúrgicas que afetam a passivação de aços inoxidáveis. (a) (b) (c) Figura 4.121 - Representação esquemática da precipitação de carbonetos de cromo em contornos de grão (a,b), e microestrutura resultante do tratamento térmico à 675°C, durante 15 minutos, resfriamento ao ar, revelada pelo ataque ao ácido oxálico a 10% (peso); aumento de 400X (c). 44..66..33 –– CCoorrrroossããoo iinntteerrggrraannuullaarr (d) Figura 4.121 (Continuação) - Corrosão intergranular na zona termicamente afetada em um aço AISI 304 com 0,05% (massa) de carbono (d). 4.7 - Fratura por Desgaste Classificam-se os diferentes tipos de desgaste como: a) Desgaste por aderência Desgaste brando ou com oxidação Desgaste severo ou metálico b) Desgaste abrasivo Abrasão sob “baixas” tensões Abrasão sob “altas” tensões Abrasão por sulcamento c) Desgaste erosivo Erosão por colisão Erosão por cavitação d) Desgaste por vibração (fretting) 4.7.1 - Desgaste por aderência Erosão Cavitação Vibração Figura 4.122 - Representação esquemática de desgastes por erosão, cavitação e vibração. Contato – união (soldagem) Deformação-ruptura Partículas abrasivas Asperezas Figura 4.123 - Representação esquemática da evolução do atrito em superfícies gerando partículas; (a) coalescência; (b) deformação-ruptura; (c) desprendimento de partículas. 4.7.2 - Desgaste abrasivo Carga (W) Direção do movimento Metal removido pela partícula abrasiva Diâmetro da partícula abrasiva Superfície abrasivaDistância movida pela partícula abrasiva Diâmetro da partícula abrasiva Direção do esforço Ângulo de ataque Metal removido pela partícula abrasiva Superfície abrasiva Figura 4.124 - Representação esquemática de dois tipos de aplicação de forças em partículas presentes nas superfícies de materiais. (a) (b) Figura 4.104 - Fotografias de corpos-moedores utilizados em moinhos de bola; nota-se o intenso desgaste do material comparando-o sem uso em relação ao desgastado. Figura 4.125 - Fotografias de corpos-moedores utilizados em moinhos de bola; nota-se o intenso desgaste do material comparando-o sem uso em relação ao desgastado. (a) (b) (c) Figura 4.105 - Casos de patologia; (a) corrosão-erosão; (b) degradação generalizada em rotor de bomba submersa; (c) corrosão-erosão em aço inoxidável CN-7M/H2SO4 a quente. 4.7.3 - Desgaste erosivo Figura 4.126 - Casos de patologia: (a) corrosão-erosão; (b) degradação generalizada em rotor de bomba submersa. (c) corrosão-erosão em aço inoxidável CN-7M/H2SO4 a quente. (a) (b) (c) Figura 4.105 - Casos de patologia; (a) corrosão-erosão; (b) degradação generalizada em rotor de bomba submersa; (c) corrosão-erosão em aço inoxidável CN-7M/H2SO4 a quente. (a) (b) (c) Figura 4.105 - Casos de patologia; (a) corrosão-erosão; (b) degradação generalizada em rotor de bomba submersa; (c) corrosão-erosão em aço inoxidável CN-7M/H2SO4 a quente. (a) (b) (c) 4.7.4 - Desgaste por vibração (a) (b) Figura 4.127 - Chapa de um aço AISI 1513 desgastada (seta) e trincada; utilizada no sistema de proteção da carcaça do ventilador de um rotor de uma empresa mineradora. Figura 4.128 - Desgaste em componentes estruturais; (a) desgaste com ruptura; (b) desgaste abrasivo. (a) (b) Figura 4.128 (continuação) - (c) Desgaste por vibração; (d) desgaste por vibração causando fratura por fadiga. (c) (d) (a) (b) Corrosão-erosão em rotor de bomba TRW; sistema: ferro fundido/solução de H2SO4. Fonte: GESFRAM/UFOP. 4.8 – Fraturas em Juntas Soldadas 4.8.1 – Trincas de solidificação Figura 4.129 - Representação esquemática de trincas a quente em soldas; (1) trinca longitudinal na zona termicamente afetada; (2) trinca longitudinal na zona fundida; (3) trinca de cratera (geralmente gerada no término do cordão de solda). Figura 4.130 - Representação esquemática cordões de solda em função da velocidade de soldagem; é sempre desejável o caso (a), na forma elíptica, com baixas velocidades de soldagem em relação ao caso (b), em gota, com altas velocidades, que promove uma estrutura favorável à propagação de trincas na região central do cordão. 4.8.2 – Trincas Induzidas por Hidrogênio Figura 4.131 - Representação esquemática de um mecanismo de difusão e trincamento por hidrogênio na ZTA de um material soldado; com a decomposição da austenita ( ) na ZF, parte se difunde para a ZTA que ainda não se transformou; - ferrita, Fe3C – cementita. Figura 4.132 - Trincamento por hidrogênio, na ZTA, em solda de filete em um aço AISI 1040; 4,5X. 4.8.3 – Trincas devido à falta de fusão e de penetração Figura 4.133 - Representação esquemática de juntas soldadas com falta de fusão; (a) na lateral; (b) na raiz da solda. (a) (b) (a) (b) Figura 4.134 - Representação esquemática de juntas soldadas com falta de penetração; (a) solda com enchimento em apenas um lado; (b) solda com enchimento em dois lados. Figura 4.135 - Junta de topo, com chanfro em V; falta de fusão na face do chanfro de uma solda (seta). Figura 4.136 - Falta de penetração na raiz de uma solda de topo, gerando fresta e trincamento por corrosão sob tensão em meio contendo hidróxido de sódio.
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