Análise de Falhas - Cap. V-2

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Prof. Luiz Cláudio Cândido
ANÁLISE DE FALHAS
(Parte V-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
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Análise de Falhas
PARTE II – Técnicas de Análise
CAPÍTULO CINCO:
Primeiros passos em
uma Análise de Falhas
5.1 – Início de uma análise de falha
5.2 – Análise macroscópica
5.3 – Ensaios não destrutivos
5.4 – Análise química
Capítulo Cinco:
Primeiros passos em uma Análise de Falhas
5.2 – Análise macroscópica
5.2.1 – Manuseio de amostras
5.2.2 – Informações obtidas a partir da análise visual
5.2 – Análise Macroscópica
 O exame visual da falha ou fratura oferece informações 
associadas com a história da produção e da utilização do 
componente/estrutura falhada.
 Apesar de simples é uma técnica muito poderosa
 A inspeção visual é realizada para:
– obter uma compreensão geral sobre o evento;
– determinar a seqüência de ocorrência da falha;
– localizar a(s) origem(ns) da fratura;
– detectar qualquer característica macroscópica que seja relevante.
Exemplos de microscópios eletrônicos de varredura com câmeras de grande capacidade: (a) Qualitest MIRA Large SEM- X-
tended View Scanning Electron Microscope e (b) Modelos de Microscópios eletrônicos de varredura para grandes amostras 
da JEOL.
(a) (b)
(c) (d)
5.2.1 – Manuseio das amostras
 Uma vez ocorrida a falha e registradas as condições iniciais
do componente e/ou estrutura é necessário fazer o estudo
mais detalhado das partes falhadas (fraturadas) com o
recolhimento de amostras para análise.
 Apesar de todo cuidado, é comum que as amostras
possuam alterações do tipo:
– As superfícies de fratura de eixos podem apresentar profundas
deformações antes dos mesmos pararem o seu movimento em um
curto período de tempo.
– Tirantes e longarinas podem permanecer em uso por longo tempo
sem que se percebam trincas formadas.
– Condições ambientais (corrosão) podem dificultar a análise de
falha pelo surgimento de substâncias estranhas ao material.
– Amostragem feita de maneira inadequada.
 Eixo de uma esteira
transportadora que
sofreu perda de
material em algumas
regiões, inclusive na
região de iniciação de
trincas
 Eixo de uma máquina 
motriz que apresenta 
uma série de riscos 
devido ao atrito entre 
partes após a fratura 
final. 
O que ocorreu aqui ?
5.2.1 – Manuseio das amostras
5.2.1 – Manuseio das amostras
Casos de danificação das superfícies
Danificação da superfície de fratura no processo de falha
em um conjunto redutor: (a) conjunto redutor
desmontado; (b) detalhe da região de um dos eixos
fraturados; (c) superfície do eixo apresentado severas
regiões de deformação pós fratura.
(a) (b)
(c)
Manuseio das amostras
Marcações após a fratura
Manuseio das amostras
Marcações após a fratura
 As superfícies A e B 
pertenciam ao mesmo 
tirante que fraturou
 Mas na amostragem as 
projeções de metal líquido 
do oxicorte recobriram a 
superfície B que deveria ser 
exatamente igual à 
superfície A
Qual é a superfície
A e qual é a B ?
Manuseio das amostras
Corte incorreto
Uma peça fundida de alta resistência mecânica e dureza que foi marcada para corte (via elétrica) 
em duas posições, mas que sofreu um processo de corte incorreto gerando degradação da 
superfície que deveria ser analisada.
Manuseio das amostras
Marcações após a fratura
 Exemplo de 
quando a 
corrosão 
pode 
dificultar a 
Análise de 
Falha:
O que pode ser 
observado aqui ?
5.2.1 – Manuseio das amostras
 Aconselha-se, como prática, a proteção das superfícies em 
análise:
– evitar o contato físico da(s) peça(s) falhada(s) e/ou 
fraturada(s) com outras partes;
– tentar manter a(s) amostra(s) em uma condição a mais próxima 
possível da condição de como encontrada no local da falha;
– identificar a amostra de modo a localizá-la no cenário da 
falha;
– embalar convenientemente a(s) amostra(s) para protegê-
la(s) de possíveis acidentes durante a fase de transporte, limpeza 
e secionamento (química, metalográfica, e de propriedades 
mecânicas).
5.2.1 – Manuseio das amostras
Preparação das amostras
 Um componente falhado e/ou fraturado normalmente 
não se apresenta limpo: diversas substâncias podem 
estar presentes em sua superfície; 
 Muitas vezes dificultam o trabalho de análise de falha;
 Algumas vezes, estas substâncias podem facilitar a 
obtenção de informações das condições atuantes 
para a ocorrência da falha.
Preparação das amostras
 Algumas substâncias que podem ser utilizadas na limpeza 
de componentes para a execução de uma análise de falha 
(na ordem):
Tricloro-etileno/Acetona/Álcool
Soluções ácidas
SolventesDetergentes/sabões
Querosene
Pré 
preparação
Água
Limpeza
Limpeza 
profunda
Secagem e
armazenagem
Vernizes
Preparação das amostras
Antes Depois
Preparação das amostras
Antes
Depois
Preparação das amostras
Antes Depois
Fato curioso !
Preparação das amostras
Corpo de prova para ensaios de
tenacidade à fratura que foi
intencionalmente corroído em
câmara salina por 6 horas.
Antes e depois de limpeza
ultrasônica em solução aquecida
15g de Alconox® (um detergente)
em 350ml de água.
Preparação das amostras
Resultado de uma limpeza
ultrasônica exagerada com
Alconox®: 30 minutos e 3½ horas.
Preparação das 
amostras
Aspecto microfratográfico que
foi alterado por uma limpeza
exagerada por meio corrosivo.
Preparação das amostras
 Soluções de limpeza recomendadas para fraturas de metais 
(Brooks):
– Solventes orgânicos: remover óleos, graxa ou revestimentos
plásticos/emborrachados;
– Ácido acético/ácido fosfórico/hidróxido de sódio: utilizáveis a frio ou a morno
para limpar superfícies de fraturas de ligas ferrosas;
– Citrato de amônia/oxalato de amônia/solução de 6N HCl com 2g/l de
hexametilnotetramina: limpar “ferrugem”, carepas ou produtos de oxidação
gerais em ligas ferrosas;
– Ácido nítrico: superfícies de fratura de ligas de titânio;
– Ácido orthofosfórico (70ml) + ácido crômico (32g) + água (130ml) ou
solventes orgânicos: limpeza a frio ou a morno de superfícies de fratura de
ligas de alumínio.
Preparação das amostras
 Soluções de limpeza para retirar óxidos e “ferrugem” nas
superfície de fraturas de ligas ferrosas (Brooks):
– SOLUÇÃO “A”:
 80ml de água
 20ml de HCl (concentrado);
 4 gotas de inibidor Reilly número 22 (Reilly Industries Inc. Independence
Road, Cleveland, OH – USA);
 65ºC
– SOLUÇÃO “B”
 49ml de HCl (concentrado);
 49ml de água;
 2ml de Rodine número 50 (Henkel Surface Technologies, Stephenson
Highway, Madison Heights, MI – USA);
 Temperatura ambiente.
Algumas substâncias que podem ser utilizadas na limpeza de componentes para a execução de uma análise de falha.
Substância Aplicação Limitações Cuidados
Água
Substância de limpeza 
geral, largamente utilizada.
Não remove uma série 
de substâncias, tais como: 
óleos, graxas, óxidos, etc.
Evitar o contato prolongado 
com partes metálicas que podem 
sofrer oxidação.
Querosene
Limpezaespecífica de 
óleos, graxas e sujeiras muito 
pesadas.
O produto faz remoção 
de substâncias que não são 
solúveis no mesmo.
Utilizar EPI s para proteger o 
corpo do contato, evitar a inalação 
prolongada.
Detergentes e 
sabões
Limpeza específica de 
óleos, graxas e sujeiras 
pesadas.
Capacidade de 
limpeza menor do que os 
solventes. À vezes é 
necessário aplicação a quente.
Evitar contato com a pele e, 
principalmente, com os olhos.
Solventes em geral
São utilizados quanto 
é necessária a remoção de um 
determinado produto químico.
São mais caros e de 
utilização mais perigosa do 
que o querosene.
Utilizar EPI s para proteger o 
corpo do contato, evitar qualquer 
inalação (usar capela).
Soluções ácidas 
(H2SO4, HCl, HCN)
Utilizadas quando é 
necessário fazer a retirada de 
óxidos e/ou compostos 
aderidos ao material e que não 
podem ser dissolvidos.
Estas substâncias, 
além de retirar a sujeita das 
peças, também retiram uma 
camada das mesmas, podem 
atrapalhar a análise por MEV, 
por exemplo.
Utilizar EPI s para proteger do 
contato, evitar a inalação (usar 
capela), utilizar um tempo e 
concentração adequados para a 
limpeza específica da peça (fazer 
acompanhamento).
Álcool
Pode ser utilizado para 
a limpeza no lugar da água. 
Muitas vezes empregado para 
secar a amostra.
O álcool é um solvente 
mais “fraco” que a maioria, 
somente mais eficaz com 
certas tintas.
Caso o álcool seja utilizado 
para secagem, fazê-lo rapidamente 
para evitar formação de óxidos.
Acetona
Pode ser utilizada para 
a limpeza. Empregada na 
secagem de maneira mais 
rápida e eficiente que o álcool.
Não retira óxidos e faz 
a retirada de óleos e graxas 
mais lentamente do que os 
solventes.
Devido á evaporação rapida 
da acetona, na limpeza é 
recomendável um maior cuidado para 
evitar a secagem sobre a amostra.
Vernizes
Não são utilizados 
para a limpeza, mas sim para 
a manutenção da qualidade de 
uma superfície limpa.
Podem dificultar a 
análise posterior mais 
detalhada da superfície 
protegida, caso a retirada dos 
mesmos seja difícil.
Um verniz mal escolhido pode 
provocar efeitos contrários na peça: 
oxidação, coloração, manchas, etc.
Registro Fotográfico – Técnica
 A fotografia, em si, é uma técnica complexa que depende da
experiência e da sensibilidade de quem a utiliza em se obter bons
resultados fotográficos.
 Atualmente, com a facilidade de recursos de hardware e software, é
possível acrescentar várias informações nos registros fotográficos,
assim como melhorar as imagens.
 Neste contexto as máquinas digitais são as mais versáteis
ferramentas para obtenção do registro das amostras.
 A obtenção e o tratamento das imagens deve ser feito com
cuidado de modo a não perder informações gráficas, da mesma
forma como este cuidado deve ser tomado na limpeza das
amostras.
E
 
S
 
C
 
A
 
L
 A
 
 
 ?
Registro Fotográfico – Visão macro
 Recomenda-se que a
primeira coisa que a ser
feita é o registro geral do
cenário onde ocorreu a
falha.
 A indicação de uma
referência para a escala da
imagem é importante para
estabelecer uma melhor
compreensão da amplitude
do objeto fotografado.
Registro Fotográfico - detalhamento
Registro Fotográfico - detalhamento
Registro Fotográfico - detalhamento
Registro Fotográfico - detalhamento
Registro Fotográfico - detalhamento
Registro Fotográfico - detalhamento
Obs.: peça não 
preparada para 
observação.
Registro Fotográfico - detalhamento
Algumas vezes, também, torna-se útil fazer o registro de pequenos 
detalhes da superfície fraturada o que necessita de ampliações ou de 
tomadas de fotos em close e/ou ângulos especiais.
ORIGEM DA TRINCA
Registro Fotográfico - detalhamento
Algumas vezes, também, torna-se útil fazer o registro de pequenos 
detalhes da superfície fraturada o que necessita de ampliações ou de 
tomadas de fotos em close e/ou ângulos especiais.
Foto com câmera digital
Foto de “web cam”
Região de coalescimento 
de trincas por fadiga
Registro Fotográfico - detalhamento
Foto referência
Foto do detalhe
5.2.2 – Informações obtidas por análise visual
 Por exemplo, a 
partir de 
características da 
superfície de 
fratura, pode-se 
ter uma indicação 
do sistema de 
tensões que 
produziu a fratura 
A quantidade de informações que pode ser obtida a partir do exame 
da superfície de fratura numa pequena ampliação é 
surpreendentemente grande. 
Deformação 
plana
Tensão 
plana
5.2.2 – Informações obtidas por análise visual
5.2.2 – Informações obtidas por análise visual
 Uma falha a partir de tensões monotônicas produz uma fratura plana
normal à máxima tensão principal de tração, em condições de
deformação plana.
 Se prevalecer o estado plano de tensões, a fratura será inclinada a 
aproximadamente 45o da máxima tensão principal de tração. 
Fratura inclinada Fratura plana
(ductilidade) (fragilidade)
5.2.2 – Informações obtidas por análise visual
(a) Superfícies fraturadas de corpos de prova CT de alumínio, conforme ensaio de KIC, segundo a Norma ASTM E-399, 
revelando uma falha inclinada (esquerda) e uma falha plana (direita). As letras “F” e “M” indicam fraturas por fadiga e 
fratura monotônica. O CP da esquerda (mais fino) apresenta uma fratura em ângulo indicando um processo de fratura por 
tensão plana ao contrário do CP da direita (mais espesso); (b) esquema ilustrando o efeito do estado de tensões sobre o tipo 
de perfil de fratura do corpo de prova CT.
(a) (b)
5.2.2 – Informações obtidas por análise visual
Aspecto de quatro CPs rompidos em ensaio de tração (segundo a Norma ASTM E-8M): (a) aço baixo-carbono de um tirante; 
as setas brancas indicam regiões de fratura em tensão plana e as setas escuras indicam regiões de fratura em deformação 
plana; (b) aço ARBL de um tubo; (c) aço baixo-carbono de um eixo fragilizado devido à presença de inclusões e (d) ferro 
fundido branco ao cromo para revestimentos antidesgaste.
5.2.2 – Informações obtidas por análise visual
Marcas tipo “chevron” numa amostra de aço (a) e em um disco de embreagem em duas vistas (b e c).
(a)
(b)
(c)
5.2.2 – Informações obtidas por análise visual
Aspecto da fratura de uma engrenagem de um grande 
equipamento industrial, pode-se perceber nas superfícies de 
fratura dos dois dentes várias “ratched marks” (“catracas”) e 
marcas de praia, indicativos de um processo de fratura por fadiga
Superfície de fratura por fadiga, com trinca que se iniciou na 
vizinhança de um orifício.
5.2.2 – Informações obtidas por análise visual
Aspecto da fratura de um eixo. Pode-se notar a presença de várias frentes de propagação de trincas por fadiga reveladas pelas 
“catracas” e marcas de praia.
5.2.2 – Informações obtidas por análise visual
Superfície de fratura de um eixo submetido a uma sobrecarga 
de torção (note cisalhamento destacado à esquerda).
(a) Superfície de fratura típica de um material com comportamento frágil sob torção (por 
exemplo, um giz) e (b) superfície de fratura por fadiga, por torção, em um eixo de aço 
SAE 1037 endurecido por têmpera por indução.
(a) (b)
5.2.2 – Informações obtidas por análise visual
(a) (b)
Registro macroscópico da fratura por dobramento ocorrida em uma longarina feita com aço para vaso de pressão (a). Nota-se 
em (b) que, mesmo com uma pequena ampliação e no ângulo correto pode-se perceber uma marca que está relacionada a 
uma segregação de carbono neste aço (comprovada mais tarde por meio de metalografia).
(a) (b)
(a) Fratura ocorrida na região de dobra de uma longarina; (b) análise macroscópica atestando que o raio de dobramento foi 
adequado (7mm), além do dobramento ter sido feito a 90o (garantia de 180o).
5.2.2 – Informações obtidas por análise visual
(a)
(b)
(a) (b)
Dupla laminação ocorrida durante a tentativa de produção de um perfil de aço a partir de um aço com Ceq relativamente alto.
(a) Trincas em tubos de aço com costura (soldado); a trinca acompanhaa extensão da junta soldada; (b) a trinca se abre após 
o ensaio de expansão. 
5.2.2 – Informações obtidas por análise visual
 O exame macroscópico geralmente
determina a direção do crescimento
da trinca e, conseqüentemente, a
origem da falha.
 Para uma fratura frágil plana, esta
determinação depende da superfície
de fratura exibir marcas em “V”
(chevrons).
 A direção do crescimento da trinca
é quase sempre atrás da ponta do
“V”.
Fratura de um eixo de aço SAE 1050 endurecido 
superficialmente, mostrando marcas em “V”, e a 
origem da fratura.
5.2.2 – Informações obtidas por análise visual
 O exame da superfície de fratura em baixa ampliação geralmente
pode revelar regiões de comportamento distinto, como é o caso de
falhas por fadiga.
5.2.2 – Informações obtidas por análise visual
 O exame da superfície de fratura em baixa ampliação geralmente
pode revelar regiões de comportamento distinto, como é o caso de
falhas por fadiga.
LINHA DE ALTERAÇÃO
DE CARREGAMENTO
(Início de uma sobrecarga)
FRATURA FINAL
 Importante 
exemplo da 
utilização da 
análise visual 
(filme) para 
avaliação do 
modo de falha e 
diminuição da 
ocorrência desta.
Exercício de análise visual para os 
participantes:
Identificar os aspectos relevantes das duas 
fraturas seguintes
Características deste eixo
SERÁ QUE FOI FLEXÃO UNIDIRECIONAL, ROTAÇÃO 
(FLEXÃO), TRAÇÃO OU TORÇÃO?
Um pedaço de um eixo
SERÁ QUE HOUVE DEFORMAÇÃO PLÁSTICA?
ONDE PODE TER ORIGINADO A FRATURA?
Características deste eixo
Boroscópios
Dois exemplos de boroscópios que podem ser utilizados na inspeção visual em partes internas de tubos ou 
partes de difícil acesso.
Exemplos de imagens obtidas por meio de boroscópios.