fadiga_LAMEF

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UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO SUL 
ESCOLA DE ENGENHARIA 
LABORATÓRIO DE METALURGIA FÍSICA 
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CEP: 90035-190 - Porto Alegre - RS - Brasil 
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LAMEF 
 
 
 
 
 
 
 
 
FADIGA E ANÁLISE DE FALHAS 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Afonso Reguly 
Inácio Limberger 
Marcio Levi Kramer de Macedo 
Rodrigo André Hoppe 
Sandro Griza 
Telmo R. Strohaecker 
Fadiga e Análise de Falhas 0
 
ÍNDICE 
 
1 - FADIGA .............................................................................................................................23 
1.1 - TIPOS DE CARREGAMENTO CÍCLICOS..................................................................25 
1.2 - CURVAS DE WÖHLER OU S-N...................................................................................26 
1.3 - DIAGRAMA DE GOODMAN ........................................................................................27 
1.4 - ETAPAS DO PROCESSO DE FADIGA .......................................................................30 
1.4.1 - ESTÁGIO I – NUCLEAÇÃO DA FADIGA............................................................31 
1.4.2 - ESTÁGIO II – PROPAGAÇÃO ..............................................................................33 
1.5 - FATORES QUE AFETAM A VIDA EM FADIGA DOS MATERIAIS ......................41 
1.5.1 - ACABAMENTO SUPERFICIAL............................................................................42 
1.5.2 - TAMANHO DA PEÇA.............................................................................................43 
1.5.3 - FATOR DE CARGA ................................................................................................44 
1.5.4 - TEMPERATURA .....................................................................................................44 
1.5.5 - CONCENTRAÇÃO DE TENSÕES.........................................................................45 
1.5.6 - EFEITOS MICROESTRUTURAIS ........................................................................46 
2 - ANÁLISE DE FALHA.......................................................................................................47 
2.1 - LISTA DE SUGESTÕES DE PONTOS A SEREM LEVANTADOS EM CONTA 
PARA ANÁLISE COMPLETA DA FALHA..........................................................................50 
2.2 - EXEMPLOS DE APLICAÇÕES EM ANÁLISE DE FALHA .....................................53 
2.2.1 - ANÁLISE DE FALHA DO CONJUNTO DA CHAPA INTERMEDIÁRIA DE 
EMBREAGEM ....................................................................................................................53 
2.2.2 - ANÁLISE DA FALHA DO PARAFUSO DE FIXAÇÃO DO ESTABILIZADOR 
DE UMA AERONAVE........................................................................................................59 
2.2.3 - PINO DE ENSACADEIRA PNEUMÁTICA FRATURADO ................................63 
2.2.4 - ANÁLISE DE FALHA EM CHAPA PARA APOIO DE MOLAS.........................71 
Fadiga e Análise de Falhas 1
 
2.2.5 - ANÁLISE DE FALHA EM VIRABREQUINS PARA MOTORES DE 
COMBUSTÃO INTERNA ..................................................................................................76 
2.2.6 - ANÁLISE DE FALHA EM BARRA DE PRENSA ................................................96 
2.2.7 - ANÁLISE DE FALHA EM MOTOR FORD 6.6..................................................105 
2.2.8 - ANÁLISE DE FALHAS EM TURBINAS PARA MOTOR DIESEL ..................116 
2.2.9 - ANÁLISE METALÚRGICA EM COXINS ..........................................................128 
2.2.10 - ANÁLISE METALÚRGICA EM BARRA ESTABILIZADORA.......................133 
2.2.11 - ANÁLISE DE FALHA EM HASTE DE COMPRESSOR.................................137 
2.2.12 - ANÁLISE DE FALHA EM FOLE DE EXPANSÃO INFERIOR ....................143 
2.2.13 - ANÁLISE DE FALHA EM GRANDE ENGRENAGEM DE REDUTOR........147 
2.2.14 - ANÁLISE DE FALHA EM SUPORTE DE PNEU ESTEPE PARA 
CAMINHÕES ....................................................................................................................168 
2.2.15 - ANÁLISE DE FALHA EM TUBO API 5L X-56 DO OLEODUTO 
TEDUT/REFAP.................................................................................................................179 
2.2.16 - ANÁLISE DE TRINCAS EM CURVAS DE TUBOS DE AÇO INOXIDÁVEL 
AISI 321H ..........................................................................................................................191 
2.2.17 - ANÁLISE DE FALHA EM EIXO DE PRENSA PRR01...................................213 
2.2.18 - ANÁLISE DE FALHA EM EIXO VIGA TUBULAR ........................................218 
3 - BIBLIOGRAFIA..............................................................................................................228 
Fadiga e Análise de Falhas 2
 
ÍNDICE DE FIGURAS 
Figura 1– Representação esquemática do gradiente de tensões num corpo de prova bi-
apoiado com uma carga de flexão aplicada.............................................................................24 
Figura 2- Forma de carregamento onde a tensão varia senoidalmente com o tempo. ...........25 
Figura 3– Tipos característicos de carregamento. ..................................................................26 
Figura 4– Curvas de Wöhler para trilhos ferroviários novos e usados, utilizando flexão em 4 
pontos. ......................................................................................................................................27 
Figura 5- Diagrama de Smith para um componente com as mesmas propriedades em tração e 
compressão. ..............................................................................................................................29 
Figura 6- Representação de diagramas de Goodman, na região positiva da tensão média(5).30 
Figura 7– Fotomicrografia demonstrando intrusões e extrusões na superfície(10)..................32 
Figura 8– Diferença nos perfis da superfície, onde as bandas de escorregamento interceptam 
a superfície. (A) Deformação unidirecional. (B) Deformação alterada(7). ..............................33 
Figura 9– Estrias de fadiga numa liga 2024-T3 correspondem a seqüência variada da 
amplitude de carregamento(4). ..................................................................................................34 
Figura 10– Processo plástico de alargamento da ponta da trinca para o estágio II de 
crescimento de trinca por fadiga(8)...........................................................................................35 
Figura 11– Marcas de praia propagadas na seção transversal de uma haste de biela para 
motor automotivo......................................................................................................................36 
Figura 12– Fadiga em trilho ferroviário. Observa-se a nucleação subsuperficial na região do 
boleto. .......................................................................................................................................36 
Figura 13– Fadiga em válvula petroquímica...........................................................................36 
Figura 14– Esquema de marcas nas superfícies de fraturas por fadiga produzidas em 
componentes lisos e entalhados com seções transversais redondas, quadradas e retangulares 
e em chapas espessas sob várias condições de carregamento em tensões nominais altas e 
baixas........................................................................................................................................37 
Figura 15– Curvas que relacionam o comprimento da trinca “a” com o número de ciclos em 
dois níveis de tensões “σ1” e “σ2” para o estudo da fadiga. A taxa de propagação da/dN 
está indicada para um comprimento de trinca “a1”nos níveis de tensão. ...............................38 
Figura 16– Representação esquemática do comportamentodo crescimento da trinca de 
fadiga em meio não-agressivo..................................................................................................40 
Figura 17– Taxa de propagação da trinca por ∆K para duas microestruturas em aço em 
baixo carbono (0.15 – 0.20% C, 0.60 – 0.90% Mn, 0.04% máx P, 0.04% máx S). .................40 
Fadiga e Análise de Falhas 3
 
Figura 18– Fator de redução para o limite de fadiga para um aço de baixa liga devido a 
vários tratamentos superficiais. (De R. C. Juvinall. Stress, Strain, and Strength, p. 234, 
McGraw-Hill Book Company, New York, 1967.).....................................................................42 
Figura 19– Variação do índice de sensibilidade ao entalhe com o raio do entalhe para 
materiais de diferentes resistências à tração. ..........................................................................46 
Figura 20– Vista explodida do conjunto da embreagem .........................................................54 
Figura 21– Conjunto da chapa intermediária com as quatro molas. À direita, detalhe da 
região de engaste da mola a chapa de ferro fundido. ..............................................................54 
Figura 22– Fratura em mola de retorno. Observam-se as marcas de praia de fadiga. 
Aumento: 35x............................................................................................................................56 
Figura 23– Fratura por cisalhamento no rebite. Aumento: 13X. ............................................56 
Figura 24– Detalhe da fratura por cisalhamento do rebite. Aumento: 1168X........................56 
Figura 25– Acima a macrografia mostrando a região de grãos ferríticos ocorrida no 
processo de conformação do rebite. Ataque: nital 5%. Aumento: 2X. Ao lado, o gradiente de 
durezas obtidos conforme o esquema.......................................................................................57 
Figura 26– Mola de aço carbono com 0,70 – 0,80% C, temperada em óleo para uma dureza 
de “RA” 72,4 – 75,2. A dimensão de 2,968 polegadas tem uma estreita faixa de tolerância (± 
0,002)........................................................................................................................................58 
Figura 27– Detalhe da fixação do estabilizador indicando a posição do parafuso. Na foto ao 
alto, vista em corte do conjunto da porca com o pedaço remanescente do parafuso, após a 
ruptura. .....................................................................................................................................60 
Figura 28– Vista geral da superfície da fratura. As setas indicam a região de início da falha 
num plano que contém o fundo do filete de rosca. ...................................................................61 
Figura 29– Reprodução do desenho esquemático da embutidora feito pelo fabricante. 
Algumas informações adicionais tais como a seqüência da falha e as modificações do projeto 
foram acrescidas ao desenho pelo solicitante..........................................................................64 
Figura 30– Esquema representando a mudança de projeto para o encaixe da tampa. O pino 
foi soldado ao dispositivo de aperto e depois foi aderida uma camada protetora contra 
corrosão de aço inoxidável. .....................................................................................................65 
Figura 31– Fotografia da parte do pino fraturado indicando o ponto de solda e 
esmerilhamento da superfície de fratura. Aumento: 0,7x. .......................................................66 
Figura 32–Fotografia indicando as regiões da fadiga, quais sejam, a lisa e a fibrosa. 
Aumento: 1,7x...........................................................................................................................66 
Fadiga e Análise de Falhas 4
 
Figura 33– Estrias de fadiga observadas na superfície fibrosa, caracterizadas por linhas 
paralelas dispostas radialmente a partir do ponto inicial da fadiga. As estrias são formadas 
devido a deformação plástica localizada na ponta da trinca que se propaga.........................67 
Figura 34– Fotomicrografia obtida do núcleo do pino, indicando a microestrutura ferrítica e 
perlítica com linhas de fluxo do material devido a laminação. Aumento: 50x; ataque: nital 
2%.............................................................................................................................................68 
Figura 35– Microestrutura ferrítica e perlítica com tamanho de grão em torno de 8 ASTM 
que caracteriza a superfície do pino. Aumento: 100x; ataque: nital 2%.................................68 
Figura 36– Condição microestrutural numa região intermediária entre a superfície e o 
núcleo do pino. Observa-se a variação do tamanho de grão e a formação de perlita 
esferoidizada. Aumento: 100x; ataque: nital 2%. ....................................................................68 
Figura 37– Tamanho de grão em torno de 6 ASTM junto ao núcleo do pino com matriz 
ferrítica e perlita esferoidizada. Observa-se também o alinhamento microestrutural devido a 
laminação. Aumento: 100x; ataque: nital 2%..........................................................................69 
Figura 38– Diagrama de Goodman do pino fraturado mostrando que o seu projeto quanto a 
resistência a fadiga não foi adequado, pois o ponto indicado acima da linha limite da zona de 
dispersão prevê uma possível ruptura por fadiga. ...................................................................71 
Figura 39– Imagem mostrando as duas peças recebidas para análise de falha. Uma delas 
apresenta uma trinca conforme a próxima figura. Aumento: 0,3x. .........................................72 
Figura 40– A seta indica a ruptura que inutilizou a chapa de apoio para molas. Aumento: 
0,8x. ..........................................................................................................................................73 
Figura 41– Vista de topo mostrando o acabamento superficial da região da chapa cortada 
por guilhotina numa região simétrica àquela trincada. Na direita, metalografia indicando a 
presença de uma trinca semelhante a que resultou na falha da peça, bem como as linhas de 
fluxo oriundas da fabricação. Aumento: 6x e 200x; ataque: nital 2%.....................................73 
Figura 42– Vista da região crítica. Notam-se, junto à aresta, os pontos onde ocorreu 
deformação plástica localizada durante o processo de estampagem. Porém, esta metalografia 
é referente a chapa isenta, o que determina que os pequenos pontos concentradores de tensão 
formam-se já na fabricação da peça. Aumento: 6x e 200x; ataque: nital 2%. ........................73 
Figura 43– A montagem mostra os micromecanismos de fratura correspondentes às regiões 
indicadas na macrografia da fratura. Região próxima ao início da falha com clivagem (a); 
direcionamento da fratura característico da região de propagação (b); região próxima a 
Fadiga e Análise de Falhas 5
 
imobilização da trinca com a formação de clivagem e alguns indícios de coalescências de 
microcavidades (c). ..................................................................................................................74 
Figura 44– Metalografia de uma seção longitudinal simétrica àquela trincada. Observa-se o 
encruamento do material com fluxo seguindo o sentido do corte por guilhotina. Tamanho de 
grão em torno de 7 ASTM. Aumento: 100x; ataque: nital 2%. ................................................74 
Figura 45– Microestrutura ferrítica com pequena quantidade de perlita e cementita 
esferoidizada. Aumento: 500x; Ataque: nital 2%.....................................................................75 
Figura 46- Esquema mostrando a nomenclatura utilizada neste trabalho..............................77 
Figura 47- Imagem mostrando a superfície de fratura, observam-se as regiões distintas da 
fratura. Aumento: 1x. ...............................................................................................................79Figura 48- Micrografias mostrando regiões onde ocorreu formação de martensita não 
revenida. Ataque: nital 3%. Aumento:180x..............................................................................79 
Figura 49- A esquerda observa-se a superfície de fratura nucleada no raio de concordância. 
A imagem da direita mostra as trincas radiais no raio de concordância. Aumentos: 0,8 e 6x 
respectivamente. .......................................................................................................................80 
Figura 50– Detalhe do plano de propagação desenvolvido numa extensa superfície que 
abrange mais que 50% do total da seção resistente. Aumento: 0,6x. ......................................81 
Figura 51– Macrografia mostrando a região temperada por indução (a) e a região do núcleo 
(b). Observa-se que o término da camada temperada por indução ocorre imediatamente antes 
do início do raio de concordância. Aumento: 12x. ..................................................................81 
Figura 52– A imagem mostra alinhamento de inclusões na direção ortogonal à pista de 
rolamento, próximo ao início da falha. Aumento: 500x. Sem ataque. .....................................82 
Figura 53– A imagem mostra o extensômetro colado ao componente que permitiram medir a 
variação de tensão com a progressiva relaxação das tensões residuais conforme a região era 
secionada. Aumento: 0,6x.........................................................................................................82 
Figura 54- Peças recebidas para a análise. Aumento 0,2X.....................................................83 
Figura 55- À esquerda a fratura iniciada no munhão do virabrequim. A seta A indica o início 
da fadiga e a seta B a zona onde aconteceu a ruptura final. À direita, fratura iniciada no 
moente do virabrequim. Aumentos de 1,7X e 2,7X respectivamente........................................84 
Figura 56- Inclusões presentes nos virabrequins. Observa-se a presença de Sulfeto de 
Manganês (MnS). Aumento: 100x, Sem Ataque. ......................................................................84 
Fadiga e Análise de Falhas 6
 
Figura 57- Microestrutura embaixo da camada temperada. Observa-se uma matriz perlítica 
com ferrita em contornos de grão, com um tamanho grosseiro, em média de 1 ASTM. 
A)Virabrequim 1, b) Virabrequim 2, c)Virabrequim 3. Aumento 100X. Ataque Nital 2%. .....85 
Figura 58- A esquerda observa-se a região do início da falha (indicado pela seta) no raio de 
concordância do virabrequim 2. A direita, início da falha no virabrequim 1. Zona de 
transição da camada e o núcleo, com martensita revenida e perlita fina, além de ferrita nos 
contornos de grão. O ponto de início também está indicado pela seta. Aumentos de 200X. 
Ataque Nital 2%. ......................................................................................................................85 
Figura 59- A esquerda fotografia obtida a partir de luz polarizada, mostrando perlita fina e 
ferrita nos contornos de grão. À direita martensita revenida e ferrita nos contornos de grão 
na região da camada temperada. Virabrequim 1. Aumento 750X e 1000X respectivamente. 
Ataque Nital 2%. ......................................................................................................................86 
Figura 60– Alinhamento de nódulos partindo do raio de concordância. Aumento: 20x.........89 
Figura 61– Imagem mostrando o local de nucleação da fratura, um ressalto próximo ao raio 
de concordância como indicam as marcas de praia. Aumento: 1,15x.....................................89 
Figura 62–Micrografia do defeito responsável pela nucleação da fratura. Pode-se observar 
que o defeito é um vazio no material........................................................................................90 
Figura 63- A esquerda observa-se a formação de uma película de óxidos em contorno de 
células. A esquerda observa-se a ocorrência de microrrechupes na região próxima ao início 
da falha. Aumentos: 25 e 40x. ..................................................................................................90 
Figura 64– Macrografia mostrando a superfície da fratura do virabrequim indicando o 
início da falha num ponto abaixo da camada temperada. Aumento: 1x..................................91 
Figura 65– Micrografias mostrando a presença de microrrechupes na região de início da 
falha. Aumentos: 90x. ...............................................................................................................91 
Figura 66- Peças recebidas para a análise. Aumento 0,3X.....................................................92 
Figura 67- A esquerda falha no virabrequim 87 e a direita no virabrequim 30. Este último 
apresentado um amassamento maior. A seta A indica a zona de início, seta B indica a zona de 
ruptura final. Aumento 1,8X e 1,4X respectivamente...............................................................93 
Figura 68- Imperfeições no raio de concordância de um dos virabrequins, aumento 1,35X..93 
Figura 69- À esquerda, inclusões e microrrechupes alinhados. À direita microrrechupes e 
agulhas de grafita mal formada. Amostra sem ataque. Aumento 115X e 285X.......................94 
Figura 70- À esquerda, em uma das amostras, a seta indicando a superfície de fratura. A 
microestrutura é formada por uma matriz perlítica com nódulos deformados de grafita e 
Fadiga e Análise de Falhas 7
 
ferrita nos contornos de grão. Observa-se o alinhamento de inclusões e microrrechupes na 
parte superior. À direita alinhamento de inclusões e microrrechupes na amostra do outro 
componente. Aumento 135X e 100X respectivamente, ataque Nital 2%..................................94 
Figura 71- À esquerda observa-se agulhas de martensita e austenita retida, com a presença 
de microrrechupes. À direita, martensita, austenita retida e nódulos de grafita, além de um 
microrrechupe (seta). Estas microestruturas foram observadas na camada temperada de um 
dos componentes. Aumentos de 570X e 287X respectivamente................................................94 
Figura 72– Imagem mostrando o componente analisado. Observa-se uma ruptura ao centro 
(a) e rupturas nas extremidades (b). ........................................................................................97 
Figura 73–Detalhe (b). Aspecto de ruptura por sobrecarga com linhas radiais seguindo a 
partir de toda a aresta de mudança de seção...........................................................................97 
Figura 74– Detalhe (a) da fratura central vista na figura 72. Observam-se as linhas radiais 
partindo do vértice superior direito indicado pelo retângulo..................................................97 
Figura 75– Detalhes da região crítica indicada na figura 73. A imagem a esquerda evidencia 
as marcas radiais partindo do vértice. A imagem à direita, com maior ampliação, evidencia 
uma pequena superfície lisa com aspecto de fadiga. ...............................................................98 
Figura 76- A região de início da fratura vista em MEV apresenta marcas de praia bem 
definidas. ..................................................................................................................................99 
Figura 77- As imagens indicam o aspecto diversificado de micromecanismos de fratura sobre 
a região inicial da fadiga. A esquerda, um micromecanismo típico de fadiga. A direita, um 
aspecto intergranular próximo à superfície. ............................................................................99 
Figura 78– Micromecanismos observados na região de propagação da fadiga. Observam-se 
facetas de clivagem em segundas fases indicadas pelas setas. ................................................99 
Figura 79– Imagens da região de propagação da fadiga. Observam-se, aqui também, facetas 
de clivagem em segundas fases indicadas pela seta. À direita, já no final da propagação,observa-se coalescimento de microcavidades........................................................................100 
Figura 80– Ruptura final com coalescimento de microcavidades circundando os carbonetos 
esferoidizados. ........................................................................................................................100 
Figura 81– Aspecto da face retificada na qual iniciou o processo de fadiga. Foi aplicado um 
ataque com nital 10% que revelou os carbonetos alinhados (placas claras). Observa-se, a 
esquerda, uma trinca secundária seguindo um alinhamento. À direita, outra trinca 
secundária oriunda de um “pitting” de corrosão. .................................................................100 
Fadiga e Análise de Falhas 8
 
Figura 82– Aspecto superficial da face retificada junto à fratura. Aqui se confirma a 
presença de carbonetos alinhados e “pittings” oriundos, provavelmente, do arrancamento de 
carbonetos. .............................................................................................................................101 
Figura 83– Espectro de microssonda EDS aplicada a uma das fases. Trata-se de carbonetos 
com traços de vanádio, cromo e ferro....................................................................................101 
Figura 84- Microtrinca partindo da parede externa logo abaixo da superfície de fratura. Sem 
ataque; aumento: 100x. ..........................................................................................................102 
Figura 85- Microestrutura do material formada por uma matriz martensítica revenida e uma 
rede de carbonetos primários. Ataque: reativo de Villela; aumento: 50x. ............................102 
Figura 86- Detalhe da imagem anterior, onde observa-se a formação de carbonetos 
primários aciculares mas também outros alongados, compondo a rede. Ataque: reativo de 
Villela; aumento: 200x. ..........................................................................................................102 
Figura 87- A imagem mostra a mesma microestrutura anterior, agora com ataque de nital 
10%. Observam-se grãos de pequeno tamanho formando uma matriz martensítica revenida e 
carbonetos dispersos, além de um carboneto alongado. Aumento: 200x. .............................103 
Figura 88- Microestrutura em detalhe da matriz do material. Grãos martensíticos com 
pequeno tamanho (em torno de 9 ASTM) e carbonetos esferoidizados dispersos. Ataque: nital 
10%; aumento: 1000x.............................................................................................................103 
Figura 89– A imagem mostra os itens levados ao laboratório para análise. Em (a), com 0,4x 
de magnificação, observa-se o pistão e as partes da biela com os parafusos, além das partes 
fraturadas do comando de válvulas. Em (b), com 0,6x, os quatro parafusos separados para 
ensaios mecânicos retirados aleatoriamente das demais bielas. ...........................................106 
Figura 90– Imagem mostrando a ruptura da base do motor que permitiu a passagem da parte 
da biela 4 ao exterior. A seta indica a superfície de fratura do parafuso. Aumento de 0,8x. 106 
Figura 91– Vista da parte superior do pistão 3 e 4. A seta indica uma marca de contato com 
uma válvula. Aumento de 0,3x................................................................................................107 
Figura 92– Vista da parede interna da camisa do pistão 4. Nenhuma marca que indicasse 
desalinhamento de montagem foi verificada. Aumento de 0,7x. ............................................107 
Figura 93– Superfícies de fratura dos dois parafusos da biela 4 (aumento de 1,5x). Em (a), 
ruptura dúctil por sobrecarga. Em (b), ruptura lisa típica de fadiga. Detalhes com 6x. ......108 
Figura 94– Em (a), imagem com 20x de aumento mostrando o início da falha do parafuso 
fadigado. Em (b), com 60x de aumento, um evidente defeito em outra estria vizinha à 
anterior. ..................................................................................................................................109 
Fadiga e Análise de Falhas 9
 
Figura 95– Macrografia com 6x de aumento da superfície de fadiga, à esquerda. A direita, 
detalhe da região (a) junto ao final do processo de fadiga, onde já observam-se 
microcavidades coalescidas. ..................................................................................................109 
Figura 96– Superfícies de fratura do comando de válvulas. Nenhuma delas indicou algum 
sinal de mecanismo de fadiga. Aumento de 1,1x....................................................................109 
Figura 97– Detalhes do processo de fadiga do segundo parafuso (rompido no ensaio de 
tração). Em (a) vista com 8x de aumento de um dos lados da fratura onde indica-se o início 
da fadiga, a propagação lisa e a ruptura fibrosa por tração e depois a ruptura por 
cisalhamento final. Em (b), com aumento de 20x, detalhe do início da fadiga em um defeito 
superficial. ..............................................................................................................................111 
Figura 98– O outro lado da fadiga da figura anterior. Em (a), com 15x de aumento, notam-se 
as marcas de praia a partir do ponto inicial. Em (b), detalhe com ampliação de 60x do 
defeito que originou o processo de fadiga. ............................................................................111 
Figura 99– O início da fadiga do parafuso ensaiado em tração, como visto nas imagens 
anteriores, foi em uma região da superfície onde se observa uma trinca. A imagem indica, 
ainda, a microestrutura martensítica revenida do material. Ataque: nital 2%; aumento: 255x.
................................................................................................................................................112 
Figura 100- Dobra de conformação em uma estria ao lado daquela da imagem anterior. À 
esquerda, vista com 250x de aumento. À direita, detalhe com 750x. Ataque: nital 2%. .......113 
Figura 101–Fotomicrografia mostrando uma dobra de um dos parafusos rompidos no ensaio 
de tração. Nota-se, também, uma trinca propagando ao lado. Ataque: nital 2%; aumento: 
540x. .......................................................................................................................................113 
Figura 102– À esquerda, com 250x de aumento, fotomicrografia de uma seção transversal 
próxima ao lugar de início da fadiga que originou a falha do parafuso do motor. Observa-se 
um defeito superficial (dobra). À direita, detalhe com 500x de aumento. Ataque: nital 2%. 113 
Figura 103- Esquema mostrando a região dos componentes que foi denominada neste 
trabalho como sendo a região inferior e superior das palhetas. ...........................................116 
Figura 104– A figura mostra a região da turbina onde desenvolveu-se uma fadiga em um dos 
componentes. Aumento 1,5x. ..................................................................................................117 
Figura 105– A imagem mostra as marcas de praia características de uma falha por fadiga 
indicando propagação devido a cargas de flexão rotativa. Aumento 8x. ..............................118 
Fadiga e Análise de Falhas 10
 
Figura 106– Macrografia mostrando uma descontinuidade oriunda do processo de fundição, 
que acarretou na ruptura de parte da palheta por sobrecarga, após a ruptura do eixo por 
fadiga. Aumento 6x. ................................................................................................................118 
Figura 107– Micrografia mostrando aspecto de fadiga na superfície de fratura da palheta. 
Aumento 158x. ........................................................................................................................118 
Figura 108- A imagem mostra outra região da palheta da turbina onde ocorreu propagação 
por fadiga junto a parte da frente da palheta. Aumento 306x. ..............................................119Figura 109- Micrografia da última parte que rompeu, da mesma palheta da imagem anterior, 
mostrando planos de clivagem, indicando fratura frágil. Aumento 817x. MEV....................119 
Figura 110– Microestrutura da liga GMR 235. Matriz formada por solução sólida γ e 
contornos interdendríticos. Aumento 100x.............................................................................120 
Figura 111– Microestrutura de liga IN 713C. A matriz também é formada por solução sólida 
γ, com fases γ’ primário (fases claras), além da formação de Widmanstatem (fase σ) e 
carbonetos em contorno de célula. Aumento 200x.................................................................120 
Figura 112- Micrografia mostrando a morfologia típica das superfícies fraturadas. 
Micromecanismos de fratura interdendrítica, com a formação de coalescência de 
microcavidades nos contornos de células e planos separando as dendritas. Aumento 113x. 
MEV........................................................................................................................................122 
Figura 113- Micrografia que mostra a grande quantidade de microrrechupes formados e 
distribuídos em toda a seção resistente de uma das palhetas analisadas. Observa-se, ainda, a 
presença de carbonetos metálicos em contornos dendríticos. Aumento 100x. ......................122 
Figura 114- A imagem mostra outra palheta analisada. Observa-se que aqui também ocorre 
a formação de microrrechupes. Microestrutura formada por solução sólida γ com carbonetos 
dispersos em contornos dendríticos. Aumento 400x. .............................................................122 
Figura 115- A imagem evidencia uma região da superfície de fratura de um dos componentes 
onde se verificou uma inclusão de casca cerâmica. Aumento 1,5x........................................123 
Figura 116- Detalhe da região da palheta onde foi encontrada uma inclusão de casca do 
molde oriunda do processo de vazamento do material na fundição. A falha deste componente 
partiu deste defeito. Aumento 6x. ...........................................................................................123 
Figura 117- A imagem indica a região de inicio da fratura, junto a uma extensa porosidade 
oriunda da fundição. Nota-se a presença de uma outra grande porosidade na seção da 
palheta adjacente a rompida. Aumento 1.5x. .........................................................................123 
Fadiga e Análise de Falhas 11
 
Figura 118– Macrografia mostrando a fratura da turbina que rompeu na base da palheta. 
Nota-se, também, a extensa deformação plástica de outras palhetas vizinhas à rompida. ...124 
Figura 119– Macrografia mostrando a fratura da turbina que rompeu no meio da palheta.
................................................................................................................................................125 
Figura 120– Macrografia mostrando a fratura na base da palheta, onde pode ser observada 
a presença de poros no início da falha, o que diminui a seção resistente facilitando a ruptura.
................................................................................................................................................125 
Figura 121– Macrografia mostrando a presença de poros na base de outra palheta da mesma 
turbina da figura 118..............................................................................................................126 
Figura 122– Macrografia mostrando a fratura da palheta que rompeu no meio. Observam-se 
marcas de fadiga. ...................................................................................................................126 
Figura 123– Micrografia em microscópio eletrônico de varredura (MEV) mostrando a 
superfície fadigada (zona elíptica lisa) e posterior zona de separação interdendrítica........126 
Figura 124– Micrografia mostrando as microestruturas das duas turbinas. A esquerda 
observa-se uma microestrutura formada por solução sólida γ, contornos interdendriticos bem 
definidos e fases γ primário (fases claras em contorno). A direita observa-se uma 
microestrutura semelhante, porém com a presença de microrrechupes e uma estrutura mais 
grosseira. Ataque: Villela. Aumento: 100x. ...........................................................................127 
Figura 125– Macrografia de um dos coxins recebidos. As setas indicam os esforços de 
montagem do polímero elastômero ao suporte de alumínio. Aumento: 0,5X. .......................128 
Figura 126– Macrografia de um coxim mostrando a trinca encontrada. Aumento: 4X. 
Macrografia do mesmo coxim mostrando a superfície da trinca separada. Aumento: 1,25X.
................................................................................................................................................129 
Figura 127– Macrografias da mesma superfície onde observa-se uma grande quantidade de 
poros. Aumentos: 8X (esquerda), 14X (direita). ....................................................................129 
Figura 128– Imagem no MEV da superfície fraturada mostrando mecanismos de fratura por 
clivagem. Aumento: 1062X.....................................................................................................129 
Figura 129– Imagens em MEV mostrando os poros da superfície de fratura. Aumento: 54X 
(esquerda), 111X (direita). .....................................................................................................130 
Figura 130– Micrografia mostrando a microestrutura da região próxima à falha, onde se 
observam sludges provenientes da escória e as partículas de silício eutético na matriz. 
Aumento: 200X. Sem ataque...................................................................................................130 
Fadiga e Análise de Falhas 12
 
Figura 131– Micrografia mostrando a microestrutura da mesma região, onde pode-se 
observar a presença de porosidades e microtrincas. Aumento: 200X. Ataque: HF 0,5%.....131 
Figura 132– Análise química por microssonda. ....................................................................131 
Figura 133- Macrografia de uma das barras. Observam-se os dois pontos de nucleação, a 
extensa propagação a partir do ponto 1 caracterizada pelas evidentes marcas de praia e a 
ruptura final, ao centro. Aumento: 2,6x. ................................................................................134 
Figura 134– Micrografia da seção longitudinal de uma das barras mostrando a região onde 
iniciou a fratura. Observa-se a presença de trincas secundárias. Aumento: 100x. Ataque: 
Nital 2%..................................................................................................................................134 
Figura 135- Micrografia do núcleo da barra mostrando a estrutura de martensita revenida e 
as inclusões presentes. Aumento: 500x. Ataque: Nital 2%. ...................................................134 
Figura 136- Micrografia mostrando as inclusões em uma das barras. Aumento: 100x. Sem 
ataque. ....................................................................................................................................135 
Figura 137- Micrografia da seção transversal mostrando um defeito superficial. Aumento: 
200x. Ataque: Nital 2%. .........................................................................................................135 
Figura 138- Micrografia mostrando a região que apresentou descarbonetação. Aumento: 
100x. Ataque: Nital 2%. .........................................................................................................135 
Figura 139– Imagem mostrando a haste rompida com os discos de alumínio. As setas 
indicam o local da fratura. Aumento: 0,1x.............................................................................137 
Figura 140– A imagem mostra o aspecto da haste original recebida para comparação. 
Aumento: 0,1x.........................................................................................................................138Figura 141– Marcas de deformação causadas pelo contato de componentes diversos com os 
discos de alumínio após o colapso. Aumentos: 0,1x e 1,1x....................................................138 
Figura 142– As setas indicam marcas de desgaste oriundas do contato dos discos de alumínio 
com a camisa de cilindro. Aumentos: 1,1x.............................................................................139 
Figura 143– A imagem indica a diferença geométrica entre as saídas de rosca das duas 
hastes, como indicam as setas. Observa-se, também, a deformaçào plástica imposta à porca 
após a ruptura. Aumento: 0,3x. ..............................................................................................139 
Figura 144– Aspecto da superfície da fratura onde observam-se marcas de praia 
características de processos de fadiga. Aumento: 2x. ...........................................................140 
Figura 145– Micrografias mostrando a microestrutura esferoidizada de baixa dureza da 
haste rompida. Ataque: água régia; aumentos: 500 e 1000x. ...............................................141 
Fadiga e Análise de Falhas 13
 
Figura 146– Micrografias indicando a microestrutura martensítica revenida com carbonetos 
dispersos da haste original. Ataque: água régia; aumentos: 500 e 1000x. ...........................141 
Figura 147– Micrografia apresentando uma trinca junto a diversas microtrincas. 40X. Sem 
ataque. ....................................................................................................................................144 
Figura 148– Micrografia apresentando, em detalhe, contornos de grão já com corrosão 
intergranular. Aumento de 2356X. Ataque: Solução 40 e Murakami. ...................................144 
Figura 149- (a) Região a qual é possível observar a condição da matriz. 100X. Ataque: 
Solução 40 e Murakami (b) Depósito de óxido em contorno de grão. 450X. Ataque: Solução 
40 e Murakami. (c) Camada de óxido de cerca de 50µm de espessura. 932X. Sem ataque..145 
Figura 150– A imagem mostra carbonetos metálicos em contornos de grãos austeníticos e 
maclas de deformação. 500X. Ataque: Solução 40 e Murakami............................................145 
Figura 151– Espectro de energia dispersiva por raios-X realizado no contorno de grão de 
uma das amostras. ..................................................................................................................146 
Figura 152– Imagem mostrando a ruptura da engrenagem do redutor. Observam-se as 
marcas de praia caracterizando a propagação de fadiga na direção da aplicação da força no 
dente e nos dois sentidos. Aumento: 0,4x. ..............................................................................148 
Figura 153– Detalhes da grande superfície de propagação da fadiga. A ruptura final, por 
outro lado, apresenta menor área. Aumentos: 0,3x e 0,5x respectivamente..........................148 
Figura 154– A imagem mostra, em detalhe, a região de início da falha, na interseção dos 
fundos dos furos. As marcas de praia evidenciam a propagação a partir desta região. 
Aumento: 2,2x.........................................................................................................................149 
Figura 155– Microestrutura martensítica de elevado carbono encontrada na camada 
cementada da engrenagem. À esquerda, 500x de aumento; à direita, detalhe a 1300x de 
aumento. Ataque: nital 2%. ....................................................................................................150 
Figura 156– Aproximando-se do final da camada cementada observa-se maior quantidade de 
microestrutura bainítica. Aumento: 1000x; ataque: nital 2%. ..............................................150 
Figura 157– No núcleo a engrenagem apresenta microestrutura predominantemente bainítica 
com alguma quantidade de martensita e ferrita em contornos. À esquerda, aumento de 500x; 
à direita, aumento de 1000x. Ataque: nital 2%......................................................................151 
Figura 158– Perfil de microdurezas partindo da superfície do flanco do dente (na altura do 
diâmetro médio) e seguindo perpendicularmente em direção ao núcleo...............................151 
Figura 159– Curvas de Wöhler para corpos de prova lisos e entalhados.(1).........................153 
Figura 160– Curva da/dN X ∆K típica do aço ASTM A533 B1.(2) .........................................153 
Fadiga e Análise de Falhas 14
 
Figura 161– Visualização da engrenagem e do tipo de entalhe utilizado (Chevron Notch). 155 
Figura 162- Distribuição de tensões na engrenagem contendo um furo passante na posição 
dos furos da engrenagem fraturada. ......................................................................................157 
Figura 163- Distribuição das tensões na engrenagem contendo um furo passante na posição 
dos furos da engrenagem G-5. ...............................................................................................158 
Figura 164- Detalhe da concentração de tensão no fundo do furo do modelo contendo os 
furos e um defeito entre eles. ..................................................................................................159 
Figura 165- Furo com trincas nos pontos de maior tensão trativa na direção tangencial a 
superfície do furo. Trinca superior, à esquerda: 0,26 mm, KI = 2,46 MPa.m1/2. Trinca 
inferior, a direita: 0,33 mm, KI = 2,52 MPa.m1/2...................................................................160 
Figura 166- Após simulação da propagação das trincas. Trinca superior, esquerda: 10,3 mm, 
KI = 4,32 MPa.m1/2. Trinca inferior, direita: 12,8 mm, KI = 5,36 MPa.m1/2.........................160 
Figura 167- Curva de taxa de propagação de trinca por fadiga em função do fator de 
intensidade de tensões cíclicas obtida através de ensaio para o material da engrenagem...162 
Figura 168– Furo com trincas nucleadas em pontos de máxima tensão trativa na superfície.
................................................................................................................................................163 
Figura 169– Modelo de elementos finitos da trinca propagada até aproximadamente 100 mm 
(trinca inferior).......................................................................................................................163 
Figura 170– Valores de K em função do tamanho de trinca na simulação por elementos 
finitos. .....................................................................................................................................164 
Figura 171– Curva de K vs. tamanho de trinca obtido através da simulação por elementos 
finitos. .....................................................................................................................................164 
Figura 172– Curva de tamanho de trinca vs. número de ciclos obtida através da simulação.
................................................................................................................................................165 
Figura 173– Curva de K vs. número de ciclos obtida através da simulação. .......................165 
Figura 174– Fotografia mostrando o caminhão após a falha com o suporte. ......................169 
Figura 175– Vista de perfil ilustrando o chassi em seu estado original e após a colocação do 
suporte utilizando o mesmo parafuso.....................................................................................169 
Figura 176– Figura ilustrando as trincas na chapa de fixação e a posterior manutenção com 
reparo de solda.......................................................................................................................169 
Figura 177– Macrografia mostrando a peça após o colapso. Nota-se a separação das 
extremidades da chapa circunvizinhas aos parafusos de fixação. O parafuso central perdeu-
se no colapso de forma que não pôde ser analisado. Aumento: 0,2x. ...................................170Fadiga e Análise de Falhas 15
 
Figura 178– Figura mostrando o esquema da peça após a solda de reparo. As trincas 
verticais reiniciam na solda de reparo devido ao maior nível de tensões cisalhantes na 
região......................................................................................................................................170 
Figura 179– Macrografia mostrando a região da solda de reparo com grande oxidação e a 
propagação de trincas dentro do metal de solda. Aumento: 1,1x..........................................171 
Figura 180– Macrografia mostrando a fratura do lado direito. Identificam-se as regiões de 
fadiga perto do furo do parafuso e na solda, com maior oxidação, que iniciaram antes do 
reparo. Após o reparo houve fadiga de baixo ciclo dando seqüência as fadigas iniciais nas 
duas regiões. Finalmente observam-se as regiões de ruptura final. Os números 1 e 2 indicam 
a 1a e a 2a frentes de fadiga. Aumento: 1,6x...........................................................................171 
Figura 181– Macrografia mostrando a fratura do lado esquerdo, observa-se aqui uma maior 
área de fadiga na zona do parafuso e a ocorrência de fadiga na solda de reparo. Após a 
ruptura do parafuso central ocorreu uma fadiga de baixo ciclo na solda de reparo (parte 
clara) e seguido de ruptura final. Os números 1 e 2 indicam a 1a e a 2a frentes de fadiga. 
Aumento: 1,8x.........................................................................................................................172 
Figura 182- Micrografia em MEV mostrando estrias de fadiga na segunda região. Aumento: 
3360x. .....................................................................................................................................172 
Figura 183– Macrografia mostrando uma trinca oxidada na solda do lado interno do perfil 
”U” perto da fratura do lado direito. Aumento: 1x. ..............................................................172 
Figura 184– Macrografia mostrando a propagação de uma trinca na solda da chapa 
triangular soldada no fundo dos perfis “U”. Aumento: 1,5x.................................................173 
Figura 185– Figura ilustrando a solicitação sofrida pela estrutura em serviço...................174 
Figura 186– Esquema mostrando os pontos de maior solicitação e a propagação da trinca 
por fadiga. O esforço na região de fixação pode ser resumido a um momento fletor devido ao 
peso do estepe. A vibração em serviço determina uma solicitação dinâmica propícia para 
processos de fadiga. ...............................................................................................................174 
Figura 187– Esquema mostrando o espaço criado pela vibração em serviço devido a falta de 
apoio na parte inferior. Nota-se a possibilidade de fadiga no ponto D.................................175 
Figura 188– Gráfico mostrando os resultados do perfil de microdurezas. ...........................176 
Figura 189– Micrografia mostrando o metal base da chapa. Observa-se uma grande 
quantidade de ferrita com pouca perlita, típico de um aço SAE 1010. Ataque: nital 3%. 
Aumento: 100x........................................................................................................................176 
Fadiga e Análise de Falhas 16
 
Figura 190– Micrografia mostrando a zona afetada pelo calor onde ocorreu um refinamento 
granular. Matriz ferrítica e perlítica próximo a solda de reparo. Ataque: nital 3%. Aumento 
100x. .......................................................................................................................................176 
Figura 191- Micrografia mostrando o metal de solda. Crescimento de grãos colunares 
seguindo o fluxo de resfriamento da poça de fusão. Matriz formada por ferrita acicular e 
estrutura de Widmanstätten. Ataque: nital 3%.Aumento: 100x. ............................................177 
Figura 192- Micrografia mostrando o metal de solda com trincas e defeitos internos que 
fragilizam a estrutura. Ataque: nital 3%. Aumento: 50x. ......................................................177 
Figura 193– Macrografia mostrando a falha do tubo junto a solda “costura”(ERW). ........179 
Figura 194– Detalhe da região de ruptura do tubo mostrando a região provável de início da 
falha, que apresentou maior deformação...............................................................................179 
Figura 195– Imagem mostrando uma das superfícies de fratura da solda ERW. Nota-se uma 
linha arredondada escura que segue por todo o comprimento da trinca. Uma fina camada 
metálica envolvia tal linha antes da separação. O restante da fratura é formado apenas por 
cisalhamento final. .................................................................................................................180 
Figura 196– O outro lado da fratura apresenta apenas cisalhamento como mecanismo da 
falha e uma separação, também por cisalhamento, que coincide sua posição com a 
descontinuidade da outra superfície. .....................................................................................180 
Figura 197- Espectro representativo das análises por microssonda sobre a camada oxidada. 
Nota-se a formação básica de óxido de ferro. Alguns elementos tais como silício e molibdênio 
também aparecem por estarem presentes no substrato (matéria prima)...............................181 
Figura 198– Micrografia da superfície da falha obtida em MEV após a limpeza com reagente 
de Clark. .................................................................................................................................181 
Figura 199– Micrografia em MEV mostrando a figura 198 em maior aumento detalhando a 
linha de óxidos de ferro intrínseca ao material. ....................................................................182 
Figura 200– Micrografia em MEV mostrando a região da falha no sentido transversal. 
Amostra extraída junto ao início da falha (região de maior deformação plástica 
macroscópica). .......................................................................................................................183 
Figura 201– Micrografia em MEV mostrando com maior aumento a região da falha onde 
observa-se a linha da solda tangenciando o defeito. .............................................................183 
Figura 202– Micrografia em MEV detalhando a superfície da falha onde observa-se a 
presença de óxidos de ferro na superfície e dentro da chapa. O perfil da separação 
acompanha as linhas de fluxo do material.............................................................................183 
Fadiga e Análise de Falhas 17
 
Figura 203– Micrografia em MEV mostrando a região da figura 202 com maior aumento, 
detalhando a presença de óxidos de ferro (hematita). ...........................................................184 
Figura 204– Micrografia em MEV da região da figura 204 com maior aumento, onde 
observa-se o óxido de ferro dentro da chapa. ........................................................................184 
Figura 205– Micrografia em MEV da mesma região das figuras de 202 a 204, com maior 
aumento, destacando o óxido de ferro presente. ....................................................................184 
Figura 206– Micrografia em MEV mostrando a superfície de fratura próximo a parede 
interna do tubo onde se observa a presença de óxidos de ferro junto a superfície de fratura.
................................................................................................................................................185 
Figura 207– A mesma região da figura 14 com maior aumento destacando os óxidos de ferro 
junto a superfície de fratura. ..................................................................................................185 
Figura 208– Micrografia em MEV de outra região junto a superfície separada apresentando 
óxidos de ferro na superfície de fratura e dentroda chapa. ..................................................185 
Figura 209– Micrografia em MEV de outra região junto a superfície de fratura 
apresentando, também, óxidos de ferro junto a superfície e dentro da chapa do tubo. ........186 
Figura 210– Micrografia em MEV da mesma região da figura 17 com maior aumento, 
destacando a presença de óxidos de ferro dentro da chapa. .................................................186 
Figura 211– Espectro da análise por microssonda das descontinuidades encontradas, 
identificando-as como óxido de ferro.....................................................................................186 
Figura 212– Espectro da análise por microscopia Raman dos óxidos de ferro encontrados na 
superfície da falha e de dentro da chapa. ..............................................................................187 
Figura 213– Espectros de microscopia Raman encontrados no trabalho realizado por 
R.K.Singh Raman (Laser Raman Spectroscopy: a Technique for Rapid Characterisation of 
Oxide Scale Layers)................................................................................................................187 
Figura 214– Espectro por microscopia Raman de óxidos encontrados na superfície da chapa 
do tubo, e por comparação com a literatura, identificados como óxido de ferro do tipo 
hematita. .................................................................................................................................188 
Figura 215– Micrografia em MEV mostrando inclusões dentro da chapa e próximo a 
superfície em uma região longe das regiões da solda. ..........................................................188 
Figura 216– Micrografia em MEV com maior aumento da região das inclusões.................188 
Figura 217– Micrografia em MEV mostrando dobras de laminação junto a superfície e 
próximo a solda ERW.............................................................................................................189 
Figura 218– Micrografia em MEV detalhando a dobra de laminação. ................................189 
Fadiga e Análise de Falhas 18
 
Figura 219– Micrografia em MEV da microestrutura da chapa do tubo que rompeu..........189 
Figura 220– Micrografia em MEV destacando a segregação de manganês. ........................190 
Figura 221– Corpos de prova utilizados no teste de tração à quente, utilizando latão e cobre 
na superfície dos corpos de prova..........................................................................................193 
Figura 222– Teste de susceptibilidade a corrosão intergranular..........................................193 
Figura 223– Amostra de um tubo apresentando diversas trincas na região curva. ..............194 
Figura 224– Micrografia em MEV da superfície de uma das amostras trincadas mostrando a 
ocorrência de diversas trincas de forma intergranular. ........................................................195 
Figura 225– Micrografia em MEV de uma das trincas salientando o aspecto de fratura 
intergranular. .........................................................................................................................195 
Figura 226– Micrografia em MEV de seção transversal mostrando diversas trincas. .........196 
Figura 227– Micrografia em MEV de seção transversal mostrando uma trinca com 
profundidade em torno de 800 microns..................................................................................196 
Figura 228– Micrografia em MEV de outras trincas na mesma amostra da figura 226. .....196 
Figura 229– Micrografia em MEV mostrando o aspecto intergranular da trinca e da camada 
rugosa formada em cima dos grãos. ......................................................................................197 
Figura 230– Espectro por EDS da camada rugosa, mostrando ser óxido de cromo. ...........197 
Figura 231– Micrografia em MEV de uma outra trinca intergranular, destacando a camada 
formada em cima do grão do material. ..................................................................................197 
Figura 232– Espectro da análise por EDS mostrando a presença de cobre. ........................198 
Figura 233– Micrografia em MEV mostrando a superfície de uma das amostras apresentando 
um depósito que apresentou cobre e cloro, identificado por análise EDS como mostra o 
espectro abaixo.......................................................................................................................198 
Figura 234– Espectro da análise por EDS do depósito encontrado na superfície da amostra 
da figura 235. .........................................................................................................................198 
Figura 235– Micrografia em MEV do aspecto superficial dos tubos, região não aquecida e 
curva. ......................................................................................................................................199 
Figura 236– Micrografia em MEV do aspecto superficial de outra amostra de tubo, região 
não aquecida e curva..............................................................................................................199 
Figura 237– Micrografia em MEV mostrando o ataque intergranular da amostra da figura 
236 vista transversalmente. ....................................................................................................199 
Figura 238– Micrografia em MEV mostrando outra região apresentando ataque 
intergranular. .........................................................................................................................200 
Fadiga e Análise de Falhas 19
 
Figura 239– Micrografia em MEV da fratura do c.p. de tração ensaiado a temperatura 
ambiente. ................................................................................................................................201 
Figura 240– Micrografia em MEV da microestrutura do c.p. de tração ensaiado a 
temperatura ambiente mostrando a superfície sem trincas. ..................................................201 
Figura 241– Micrografia em MEV do c.p. de tração ensaiado a 650oC mostrando o aspecto 
de fratura por coalescimento de microcavidades. .................................................................202 
Figura 242– Micrografia em MEV mostrando a região do centro da fratura, apresentando 
coalescência de microcavidades. ...........................................................................................202 
Figura 243– Micrografia em MEV da microestrutura do c.p. de tração a 650oC apresentando 
pequenas trincas na superfície e grãos sensitizados. .............................................................202 
Figura 244– Micrografia em MEV da microestrutura da mesma amostra da figura 245 com 
maior aumento, destacando os grãos sensitizados.................................................................203 
Figura 245– Micrografia em MEV da fratura do c.p. de tração ensaiado a temperatura de 
900oC mostrando na superfície fratura intergranular e em direção ao centro coalescimento 
de microcavidades ..................................................................................................................203 
Figura 246– Micrografia em MEV da fratura no centro do c.p. mostrando micromecanismos 
de coalescência de microcavidades........................................................................................204 
Figura 247– Micrografia em MEV da microestrutura do c.p. de tração ensaiado a 900oC 
mostrando trincas intergranulares na superfície do material com produtos de corrosão 
dentro destas...........................................................................................................................204 
Figura 248– Micrografia em MEV da microestrutura do c.p. de tração ensaiado a 900oC 
mostrando trincas intergranulares na superfície do material com produtos de oxidação 
dentro destas em outra região e com maior aumento. ...........................................................205Figura 249– Micrografia em MEV do c.p. de tração ensaiado a 1000oC mostrando o aspecto 
da fratura, onde se pode observar na superfície fratura intergranular e ao centro 
coalescimento de microcavidades. .........................................................................................205 
Figura 250– Micrografia em MEV mostrando com maior aumento a região da superfície do 
c.p. apresentando fratura intergranular. ...............................................................................206 
Figura 251– Micrografia em MEV mostrando o centro da fratura apresentando coalescência 
de microcavidades. .................................................................................................................206 
Figura 252– Micrografia em MEV da microestrutura do c.p. ensaiado a 1000oC mostrando 
diversas trincas intergranulares.............................................................................................206 
Fadiga e Análise de Falhas 20
 
Figura 253– Micrografia em MEV da microestrutura do c.p. ensaiado a 1000oC mostrando 
diversas trincas intergranulares em outra região do c.p. ......................................................207 
Figura 254– Micrografia em MEV da fratura do c.p. de tração a 1050oC com cobre na 
superfície. ...............................................................................................................................207 
Figura 255– Micrografia em MEV da fratura do c.p. de tração a 1050oC com cobre na 
superfície com maior aumento. ..............................................................................................208 
Figura 256– Micrografia em MEV da microestrutura mostrando trincas na superfície do c.p. 
com produtos de corrosão no interior das trincas. Sem ataque químico...............................208 
Figura 257– Micrografia em MEV da microestrutura mostrando trincas na superfície do c.p. 
com produtos de corrosão no interior das trincas em outra região do c.p. Sem ataque 
químico. ..................................................................................................................................208 
Figura 258– Micrografia em MEV da fratura do c.p. de tração a 1050oC com latão na 
superfície. ...............................................................................................................................209 
Figura 259– Micrografia em MEV da fratura do c.p. de tração a 1050oC com latão na 
superfície, com maior aumento. .............................................................................................209 
Figura 260– Micrografia em MEV da microestrutura mostrando trincas na superfície do c.p. 
com produtos de corrosão no interior das trincas. Sem ataque químico...............................210 
Figura 261– Macrografia em câmera digital dos corpos de prova achatados. ....................210 
Figura 262– Macrografia em câmera digital mostrando a superfície das dobras do teste de 
amassamento onde não foram observadas trincas.................................................................211 
Figura 263– Macrografia mostrando o componente recebido. Aumento: 0,1x.....................213 
Figura 264– Imagens mostrando as superfícies de fratura do componente recebido. Observa-
se a presença de linhas radiais originadas em toda a circunferência. Aumento: 0,8x..........214 
Figura 265– Macrografia mostrando a superfície de fratura contendo marcas de praia 
concêntricas e linhas radiais oriundas da superfície. Aumento: 1,4x. ..................................214 
Figura 266– Imagem mostrando a região do raio de concordância contendo profundas 
marcas de usinagem. Aumento: 2x. ........................................................................................214 
Figura 267– A esquerda observa-se uma descontinuidade na superfície do eixo. À direita, 
após ataque com nital 10%, podem ser observadas manchas e alterações na microestrutura, 
mostrando que há metal de solda. Aumento: 0,8x..................................................................215 
Figura 268– Imagem mostrando a superfície de fratura. Observou-se uma superfície 
amassada devido ao processo de fadiga e regiões de fratura intergranular. À direita, com 
maior aumento, a região intergranular apresentando tamanho de grão grosseiro. .............215 
Fadiga e Análise de Falhas 21
 
Figura 269– À esquerda, micrografia mostrando a região de início da falha. Observa-se a 
presença de metal de solda (parte clara, a) e microestrutura martensítica (fase escura, b). À 
direita, com maior aumento a região martensítica formada na zona termicamente afetada. 
Ataque: nital 3%. Aumentos: 25x e 100x, respectivamente. ..................................................216 
Figura 270– Micrografia mostrando a região central do eixo. Microestrutura formada por 
bainita e ilhas de perlita. Ataque: nital 3%. Aumento: 100x. ................................................216 
Figura 271– A Região 1 indica o início da fratura e a Região 2 indica a propagação da 
fratura próxima à solda da haste lateral. Aumento: 0,2x. .....................................................219 
Figura 272– Em A, a região 1 indica o início da fratura, a região 2 é próxima à solda da 
haste lateral, a região 3 mostra as marcas de sargento e a região 4 as estrias da superfície. 
Em B a seta indica a região de início da fratura. Aumento: 0,6x. .........................................219 
Figura 273- A seta 1 mostra as marcas de sargento e a seta 2 as estrias da superfície da 
fratura. Aumento: 0,6x. ..........................................................................................................220 
Figura 274- Região próxima à solda da haste lateral. Aumento: 0,6x. .................................220 
Figura 275- Em A, superfície lateral externa do eixo, sendo que a seta indica o início da 
falha. Aumento: 1,2x. Em B, vários pontos de nucleação da fadiga e a seta indica uma 
pequena marca concentradora de tensões. ............................................................................220 
Figura 276– Em A observa-se uma trinca secundária e em B estrias de fadiga. ..................221 
Figura 277– Em A é mostrado um degrau do material na região de início da fratura. Em B é 
mostrado o coalescimento de microcavidades na região próxima à solda............................221 
Figura 278– Em A é mostrada a microestrutura do eixo formada por ferrita e perlita. 
Aumento 1000x; ataque Nital 3%. Em B observa-se uma estrutura bandeada, típica de 
laminação. Aumento: 100x; ataque Nital 3%. .......................................................................222 
Figura 279- Em A é mostrada a camada de ferrita na superfície da amostra. Aumento: 100x; 
ataque: Nital 3%. Em B a seta indica a camada de óxido. Aumento: 500x; ataque: Nital 3%.
................................................................................................................................................222 
Fadiga e Análise de Falhas 22
 
1 - FADIGA 
 
 Fadiga, por definição, é a ruptura progressiva que ocorre em componentes e estruturas 
devido a solicitações dinâmicas e cíclicas. 
 Por volta do ano 1850, Wöhler estudou a ruptura de eixos ferroviários. Tais falhas 
eram imprevisíveis para os engenheiros da época. Os eixos podiam fraturar após algumas 
centenas de quilômetros em serviço, e, embora projetados de acordo com critérios de 
resistência estática, as fraturas ocorriam sob condições de carregamento normal. Além disso, 
não obstante ensaios de tração realizados no material antes da entrada em serviço revelarem 
adequada ductilidade, a ruptura em serviço não apresentava sinais de apreciável deformação 
plástica. Ainda mais intrigante era o fato de que ensaios de tração realizados no material após 
a fratura em serviço apresentavam as características de ductilidade iniciais. 
 Apesar de não ter sido o primeiro pesquisador a estudar a fadiga, Wöhler tem o mérito 
de ter adquiridoresultados e métodos até hoje empregados. Há quase cento e cinqüenta anos 
Wöhler batizou com a designação de fadiga de materiais as fraturas que ocorrem em situações 
de baixa tensão nominal em componentes sujeitos a cargas que variam ciclicamente. Foi 
notado que estas fraturas iniciavam normalmente junto a uma mudança de seção, na 
vizinhança de entalhes ou qualquer descontinuidade do material. Wöhler realizou experiências 
de fadiga em corpos de provas lisos não entalhados e isentos de fissuras pré-existentes, 
concluindo que existia um valor mínimo da amplitude de tensão abaixo da qual o corpo de 
prova não rompia, independente do número de ciclos de carga aplicados. 
 Normalmente, em serviço, a ruptura ocorre devido à aplicação de cargas cíclicas com 
tensão máxima muito inferior ao limite de escoamento do material. Neste caso a falha ocorre 
após um elevado número de ciclos com pouca deformação macroscópica. Considera-se, então, 
esta falha como sendo fadiga de alto ciclo, regida pela tensão. 
Por outro lado, quando flexionamos um fino arame de aço ao carbono, por exemplo, 
no intuito de parti-lo, na verdade estamos submetendo-o à ruptura por fadiga. Bastam algumas 
poucas flexões para rompê-lo. Neste caso estamos aplicando tensões acima do limite de 
escoamento do material a solicitações de flexão alternada. A ruptura é regida pela deformação 
do material e ocorre geralmente com um pequeno número de ciclos. Este tipo de fadiga é 
conhecido como fadiga de baixo ciclo. 
 
Fadiga e Análise de Falhas 23
 
 A fadiga é, portanto, dividida em dois tipos. Fadiga de alto ciclo, que os pesquisadores 
geralmente consideram como sendo aquelas que ocorrem com 103 ciclos ou mais, e fadiga de 
baixo ciclo, que ocorrem com menos de 103 ciclos. 
 Para que ocorra uma falha por fadiga é necessário que três fatores sejam aplicados 
simultaneamente no material: solicitações dinâmicas, solicitações de tração e deformação 
plástica. 
 É importante salientar que, mesmo que uma peça não esteja submetida a um esforço de 
tração simples, ela pode sofrer tração localizada. Um corpo de prova bi-apoiado que sofre 
uma carga ortogonal, ou seja, uma solicitação de flexão unidirecional tem a mesma 
configuração de tensões distribuída de forma que numa geratriz ter-se-á um elemento 
infinitesimal com tensão máxima de compressão e, no elemento diametralmente oposto, será 
verificada a tensão máxima de tração, conforme mostra a figura 1. 
 
 
Figura 1– Representação esquemática do gradiente de tensões num corpo de prova bi-
apoiado com uma carga de flexão aplicada. 
 
 Com efeito, é comum ocorrer a falha por fadiga em materiais não submetidos a 
esforços cíclicos de tração simples. Mais adiante, quando serão abordados os aspectos 
macroscópicos da fadiga, será mostrado um esquema que relaciona as características 
superficiais da fratura com os respectivos esforços que a originaram. 
 Outro detalhe que deve ser considerado é o fato de sempre ocorrer deformação plástica 
envolvida numa falha por fadiga. Foi dito anteriormente que a fadiga de alto ciclo é regida 
pela tensão aplicada. Todavia, apesar de às vezes não ser visível macroscopicamente, sempre 
ocorre deformação plástica num processo de fadiga, mesmo que tal deformação seja 
localizada apenas na ponta da trinca que progride. 
 
Fadiga e Análise de Falhas 24
 
 
1.1 - TIPOS DE CARREGAMENTO CÍCLICOS 
 
Para que haja fadiga de um componente é necessária a presença de um carregamento 
cíclico ou variável com o tempo. 
A tensão estática aplicada eqüivale à tensão média, simbolizada por σm. A amplitude 
de tensão será simbolizada como σa , sendo σa a amplitude de tensão cíclica que provoca 
ruptura por fadiga. As tensões máxima e mínima são simbolizadas por σmax e σmin , 
respectivamente, como ilustra a figura 2 a seguir. 
 
 
Figura 2- Forma de carregamento onde a tensão varia senoidalmente com o tempo. 
 
 As cargas solicitantes cíclicas são geralmente classificadas em três categorias: 
 I – Carga estática, cujo valor permanece constante ao longo do tempo ou apresenta 
variação tão lenta que o efeito de massa pode ser considerado desprezível (figura 3-I). 
 II – Carga repetida, cujo valor varia periodicamente, entre um máximo e zero (figura 
3-II). A tensão média é igual a tensão alternante e a metade da tensão máxima. 
 III – Carga alternante (ou cíclica pura), cujo valor varia periodicamente, entre um 
máximo positivo e um negativo, simétrico em relação ao eixo do tempo (figura 3-III). A 
tensão média neste tipo é nula. 
 
 O caso geral de carga dinâmica pode ser estudado como a combinação dos casos I e III 
de carga. (figura 3-IV)(2) e é determinada de carga flutuante. 
 
Fadiga e Análise de Falhas 25
 
 
Figura 3– Tipos característicos de carregamento. 
 
1.2 - CURVAS DE WÖHLER OU S-N 
 
Pelo ensaio de uma série de corpos de prova com cargas repetidas de valor máximo 
decrescente, verifica-se que o número de ciclos necessários para a ruptura aumenta 
rapidamente. A curva limite inferior do campo de dispersão dos resultados obtidos pelo ensaio 
descrito anteriormente é a curva de Wöhler ou S-N (figura 4). Em aços observa-se a existência 
de um patamar abaixo da qual a peça não rompe, independente do número de ciclos. Este 
valor de tensão é denominado limite de fadiga. Nem todos os materiais apresentam um limite 
à fadiga específico. O alumínio é um exemplo, sendo então convencionado como o limite à 
fadiga para estes materiais o valor de tensão máxima no qual não se observa ruptura em 107 
ciclos. Para as tensões acima do limite de fadiga pode-se determinar a resistência à fadiga. A 
figura 4 mostra um exemplo da determinação das curvas de Wöhler para trilhos CSN novos e 
usados. 
 
Fadiga e Análise de Falhas 26
 
 
Figura 4– Curvas de Wöhler para trilhos ferroviários novos e usados, utilizando flexão 
em 4 pontos. 
A curva de Wöhler tem a limitação de valer apenas para o tipo de carregamento para o 
qual foram ensaiados os corpos de prova. Se houver mudança do carregamento, ou no caso de 
juntas parafusadas, da protensão, novas curvas terão que ser levantadas para a previsão do 
limite ou resistência à fadiga. 
 
1.3 - DIAGRAMA DE GOODMAN 
 
A relação entre a tensão média e a resistência a fadiga de qualquer componente pode 
ser avaliada através do diagrama de Goodman. Existem outras formas de expressar esta 
relação. Contudo, o diagrama de Goodman traz a vantagem de incorporar diversos dados, 
como a resistência a fadiga sob as diversas condições de solicitações (alternada, repetida e 
flutuantes), a resistência ao escoamento e a resistência a ruptura(3). 
Para construir o diagrama, atribui-se ao eixo das ordenadas os valores da tensão média 
e no eixo das abcissas, além dos valores da resistência à ruptura estática e a tensão de 
escoamento, os valores de resistência à fadiga ou limite de resistência à fadiga, qualquer um 
dos dois que seja pré-determinado. 
Sendo assim, em posse dos corpos de prova ou peças a serem analisadas, estabelece-se 
um valor padrão de número de ciclos para os ensaios, e determina-se o valor da resistência 
quando da ruptura do componente. 
Fadiga e Análise de Falhas 27
 
O diagrama mostra que a medida em que aumenta a tensão média, aumenta também a 
resistência à fadiga e diminui a amplitude de solicitação. Isto até chegar ao nível de 
escoamento quando, então, o aumento da tensão média não mais implica no aumento da 
resistência, apesar de continuar diminuindo a amplitude. 
Goodman nos dá, em função da tensão média, os valores de tensões máximas e 
mínimas a partir dos quais não ocorre mais a ruptura. Esta se mostra como uma alternativa 
melhor do que a abordagem convencional onde teriam de ser traçadas as curvas de Wöhler 
para cada caso de carregamento. 
O diagrama de Goodman na realidade é uma simplificação, em favor da segurança, do 
diagrama de Smith que será abordado a seguir para um melhor entendimento