Análise de Falhas em Peças Temperadas

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Felipe Augusto 17204896 
Processamento de materiais metálicos. 
Descobrir as possíveis falhas em algumas peças temperadas. Entre elas, um 
alargador, um eixo e uma biela de pistão. 
ALARGADOR (FRATURA DÚCTIL) 
Segundo FERRARESI [1], aços com carbono entre 1,10% e 1,40% são muito 
frágeis, podendo apresentar cementita nos contornos de grão. Estes são empregados em 
ferramentas de torno, plaina, brocas, alargadores, entre outros. Geralmente, nestas 
aplicações, são utilizados os aços da classe W, ou seja, que são resfriados a água (Water 
Hardening). Tal condição possibilita a formação da estrutura martensítica, que possui 
características de endurecimento por rompimento dos planos da rede cristalina e na 
distorção tetragonal da célula unitária que compõe o material, como consta no Diagrama 
TTT (Figura 1). 
 
Figura 1. Diagrama TTT de um aço hipereutetóide com 1% de C. Adaptado de FORRARESI, Dino 
(1969). Fundamentos da usinagem de metais. Pg. 291 
Como indicado na Figura 1, a formação de martensita em aços classe W só é 
possível em um resfriamento brusco, de forma rápida. As falhas neste tipo de aço 
ferramenta acontecem devida torção proporcionada pelo seu atrito com a peça, velocidade 
de corte acima da especificada pelo fabricante, má aplicação da ferramenta e, 
possivelmente, falha em seu tratamento térmico, que normalmente é caracterizado pela 
têmpera. Aquecer o material até sua zona de austenitização e após um período de tempo, 
submeter a peça a um resfriamento brusco, seja em água, óleo ou ao ar, pode ocasionar 
alguns tipos de problemas. No caso dos aços W quando submetidos ao mergulho em meio 
aquoso, formam martensita. Se o material permanecer na zona de austenitização por um 
tempo além do especificado, a microestrutura final será diferente. Ao invés de formar 
uma estrutura baseada principalmente martensita, o aço se basearia em uma estrutura mais 
tenaz, com maior possibilidade de alongamento contendo altos níveis de austenita retida, 
resultando em uma possível interferência de como o aço se comportaria quando 
empregado em seu meio usual de trabalho [2]. Quando o material apresenta grandes teores 
de elementos de liga, a tendência de reter austenita em sua composição aumenta. Se isto 
não for observado, o material apresentará propriedades diferentes das desejadas na 
composição final. Para diminuir os efeitos da austenita retida, é necessário que se faça 
um duplo revenimento (Figura 2). Neste processo, os carbonetos precipitam na austenita 
retida, a composição da austenita é alterada ficando com menos elementos de liga, o 
resfriamento as temperaturas de Ms (Temperatura onde começa o início de formação 
martensítica) e Mf (Temperatura onde se encerra a formação martensítica) são superiores 
do que as obtidas no primeiro resfriamento e ocorre a transformação de parte da austenita 
retida em martensita. evitando que o material volte a falhar ductilmente [3]. 
 
 Figura 2. Duplo revenido, et al. Aços Ferramenta. Engenharia de Superfícies (UFPR) 
EIXO (FRATURA FRÁGIL) 
Para a fabricação de eixos em geral, o SAE 8640 e o aço SAE 1045 são os mais 
utilizados. Ambos têm propriedades parecidas, mas quando se fala em uma aplicação 
onde se necessita resistência à fadiga e a resistência à fratura, o SAE 8640 apresenta 
melhores condições de ser empregado. Porém, por conter elementos de liga como o 
cromo, níquel e manganês, seu preço é mais elevado em relação ao aço carbono 1045. 
Quanto a temperabilidade, devido os elementos de liga, o 8640 tem maior propensão de 
obter a microestrutura martensitica em uma seção transversal em um resfriamento pós 
tratamento, do que em relação ao 1045. 
 Estes eixos passam por beneficiamentos para aumentarem sua resistência 
mecânica em geral, e muitas das vezes os tratamentos utilizados são a normalização, 
seguida de têmpera e após, de revenimento. A normalização visa o rearranjo da 
microestrutura do material, aumentando a dureza e facilitando a obtenção da martensita 
no processo de têmpera. O recozimento alivia as tensões remanescentes da têmpera e 
acomoda novamente a microestrutura. Os eixos, por serem constantemente submetidos a 
torção, podem sofrer falhas ao longo de sua vida útil se sua estrutura não for planejada 
para cumprir a função desejada. 
Falhas designadas frágeis acontecem em materiais de elevada dureza, que não 
possuem grande capacidade de deformação plástica, como no caso do eixo em questão. 
Sua fragilidade influenciou no rompimento do material quando empregado ao uso, 
indicando uma possível alteração estrutural não comum, que pode ter sido ocasionada por 
uma má administração do tratamento térmico. A taxa de resfriamento é um fator 
importante, visto que é nesta etapa que a microestrutura toma forma, e deve ser levada 
em conta. Um dos motivos do rompimento em trabalho do eixo, pode ter sido o tempo de 
permanência da peça dentro do forno, ou seja, o tempo no qual o material foi submetido 
a zona de austenitização, ou até mesmo a temperatura de tratamento permitiram que os 
grãos constituintes do material crescessem e aumentassem o livre caminho médio da 
microestrutura, proporcionando uma queda brusca da resistência mecânica do material. 
BIELA (FRATURA FRÁGIL) 
As bielas em conjunto com o virabrequim, transformam o movimento retilíneo dos 
pistões em movimento circular. Podem ser fabricadas de aço estampado, aço forjado ou 
ligas de alumínio [4], esta última sendo empregada nos projetos mais atuais que visam a 
perda de peso para melhora do conjunto. O aço SAE 4140 é comumente utilizado na 
construção destas peças automotivas, visto que este aço tem boas propriedades 
mecânicas. 
As bielas fabricadas de aço estampado seguem, após o processo de conformação, para a 
o beneficiamento. Nesta parte, as peças recebem ganho de propriedades mecânicas para 
suportar adequadamente a condição de trabalho. O beneficiamento em questão é a 
têmpera, necessária para que o material atinja a dureza e a resistência mecânica desejada. 
Porém, como as bielas têm uma geometria que favorecem o acumulo de tensões, se estes 
ângulos retos não forem eliminados pré-tratamento, a peça terá cantos vivos, 
acumuladores de tensão que podem vir a ocasionar a falha em trabalho. Outra observação 
sobre um possível causador de falha é a diferença de espessura na construção da biela, 
uma vez que a taxa de resfriamento em um material temperado com diâmetros diferentes, 
não é homogênea, ocasionando em diferentes microestruturas. A tensão é intrínseca à 
têmpera, uma vez que esta causa o endurecimento do material por meio de ruptura dos 
planos na rede cristalina e na célula unitária. Para amenizar tais tensões, é necessário que 
se faça, obrigatoriamente, o recozimento. Afim de reorganizar a microestrutura e diminuir 
este acumulo. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
REFERÊNCIAS. 
[1] FERRARESI, Dino. Fundamentos da Usinagem dos Metais (1969). 
[2] Aços & Ligas. Aço: Processos de Fabricação Tratamentos Térmicos dos Aços. 
Disponível em: https://www.infomet.com.br/site/acos-e-ligas-conteudo-
ler.php?codConteudo=220. Acesso em: 23 de set. de 2020. 
[3]A.S.D’Oliveira. Infomet Aços Ferramentas. Disponível em: 
http://ftp.demec.ufpr.br/disciplinas/TM206/Prof_Marcondes/Acos_ferramenta.pdf. 
Acesso em: 23 de set. de 2020. 
[4] MECCOM ELETRÔNICA. Componentes de combustão interna. Disponível em: 
http://www.meccomeletronica.com/site/data/uploads/componentes-dos-motores-de-
combustao-interna-2-aluno.pdf. Acesso em: 24 de set. de 2020. 
https://www.infomet.com.br/site/acos-e-ligas.php
https://www.infomet.com.br/site/acos-e-ligas-conteudo.php?codAssunto=120
https://www.infomet.com.br/site/acos-e-ligas-conteudo-ler.php?codConteudo=220
https://www.infomet.com.br/site/acos-e-ligas-conteudo-ler.php?codConteudo=220
http://ftp.demec.ufpr.br/disciplinas/TM206/Prof_Marcondes/Acos_ferramenta.pdfhttp://www.meccomeletronica.com/site/data/uploads/componentes-dos-motores-de-combustao-interna-2-aluno.pdf
http://www.meccomeletronica.com/site/data/uploads/componentes-dos-motores-de-combustao-interna-2-aluno.pdf