Notas de Aula - Análise de Falha Prof. Tanaka Aula 5

Notas de Aula - Análise de Falha Prof. Tanaka Aula 5

Microscopia eletrônica devarreduraMicroscopia eletrônica devarreduraMicroscopia eletrônica de varreduraMicroscopia eletrônica de varredura MEVMEV

Microscópio eletrônico de varredura Microscópio eletrônico de varredura --MEVMEV Canhão de elétron

“Lt”“Lentes” condensadoras

Bobina para varredura

“Lente” objetiva

Detector de lét

Detector de raios X elét rons

Microscópio eletrônico de Microscópio eletrônico de vvarredura arredura --MEVMEV

MEV MEV --elétron secundárioelétron secundário

MEV MEV --elétron retroespalhadoelétron retroespalhado

EDX EDX --SuperfícieSuperfíciebombabombade AEHCde AEHC

Imagem RX Imagem RX --Superfície bomba de AEHC Superfície bomba de AEHC

IR X F el retroespalhado

Imagem RX -Fe el. retroespalhado

Imagem RX -Zn Imagem RX -O

MicroscópioMicroscópio EletrônicoEletrônico de de Varredura Varredura --M EVMEV

EiidEiidEstimativa da temperatura Estimativa da temperatura nafalhanafalhana falhana falha

Efeito do calorEfeito do calor

TtTt

ZonaZona Tempera turaTempera tura

EfeitoEfeito

Zona 1Zona 1 A mbienteA mbiente NenhumNenhum efeitoefeito

Zona 2Zona 2Ambiente a 50Ambiente a 50FumaçaFumaçaeeáguaágua

Zona 3Zona 350 a 20050 a 200LeveLeveexposiçãoexposiçãoaoaocalorcalor

Zona 4Zona 4200 a 400200 a 400ModeradaModeradaexposiçãoexposiçãoaoaocalorcalor

Zona 5Zona 5400 a 700400 a 700IntensaIntensaexposiçãoexposiçãoaoaocalorcalor

Zona 6Zona 6> 700> 700SeveraSeveraexposiçãoexposiçãoaoaocalorcalor

Efeito da temperatura nos materiaisEfeito da temperatura nos materiais Zona 3Zona 3

Te mperaturaTe mperatura

MaterialMaterial UsoUso EfeitoEfeito [[ C]C]

100100Polietileno, tintas Polietileno, tintas aalquídicaslquídicas Pintura e Pintura e revestimentosrevestimentos

Empolamento e Empolamento e chamuscamentochamuscamento

PEUAPMPEUAPM TubosTubos FusãoFusão

150150 PEUAPMPEUAPM TubosTubos FusãoFusão

Elastômeros e neopreneElastômeros e neoprene Mangueiras,Mangueiras,

Diafragmas e Diafragmas e juntasjuntas chamuscamento, chamuscamento, fusão* e fusão* e endurecimentoendurecimento juntasjuntas endurecimentoendurecimento

Chumbo e soldasChumbo e soldas Conectores Conectores elétricoselétricos FusãoFusão

Fib d idFib d id

Resina fenólicaResina fenólica Fibra de vidro, Fibra de vidro, revestimentosrevestimentos CarbonizaçãoCarbonização

200200Resina acrílicaResina acrílica Isolante ou Isolante ou revestimentorevestimento

Trincamento e Trincamento e carbonizaçãocarbonização revestimentorevestimento carbonizaçãocarbonização * Efeito pode variar dependendo do elastômero

Efeito da temperatura nos materiaisEfeito da temperatura nos materiais Zona 4Zona 4

Te mperaturaTe mperatura

MaterialMaterial UsoUso EfeitoEfeito [[ ]]

200200 Alumínio Alumínio envelhecidoenvelhecido

Tubulação e Tubulação e tanquestanques

Resistência reduzidaResistência reduzida

Verificar dureza e Verificar dureza e condutividade elétricacondutividade elétrica

240240MadeiraMadeiraDiversosDiversosCarbonização e queimaCarbonização e queima

260260 AçoAço

(usinado ou(usinado ou

EquipamentoEquipamento e

Cor derevenido (azul)Cor derevenido (azul)260260 (usinado ou (usinado ou polido)polido) instrumentosinstrumentos Cor de revenido (azul)Cor de revenido (azul)

270270Babbit e chumboBabbit e chumboMancaisMancaisFusãoFusão

280280 CobreCobre

(trabalhado a frio)(trabalhado a frio)

Instrumentos e Instrumentos e tubostubos

Amolecimento, Amolecimento, deformação e deformação e crescimento do grãocrescimento do grão

Zi /l íiZi /l íi MlMl

400400 Zinco /alum ínioZinco /alum ínio

FundidoFundido

Manopla e Manopla e equipamentoequipamento FusãoFusão

Efeito da temperatura nos materiaisEfeito da temperatura nos materiais Zona 5Zona 5

Te mperaturaTe mperatura

MaterialMaterial UsoUso EfeitoEfeito

MaterialMaterial UsoUso EfeitoEfeito

500500 Aço teperado Aço teperado e revenidoe revenido

Mola, conexões Mola, conexões (so quete , (so quete , pparafusos )arafusos )

ReveniRevenimento mento

510510VidrosVidrosLâmpadasLâmpadasDeformação e fusãoDeformação e fusão

540540Inox 18Inox 18--8 Válvulas e Válvulas e tubulaçõestubulações

Sensitização e redução Sensitização e redução resistência à corrosãoresistência à corrosãotubulaçõestubulações resistência à corrosãoresistência à corrosão

600600AçoAçoVasos e tubulaçõesVasos e tubulações Distorção térmica e Distorção térmica e fluência, oxidaçãofluência, oxidação

Sl h iSl h i 620620Inox PHInox PHVasos e tubulaçõesVasos e tubulações Superenvelhecimento e Superenvelhecimento e diminuição de resistênciadiminuição de resistência

Efeito da temperatura nos materiaisEfeito da temperatura nos materiais Zona 5 (continuação)Zona 5 (continuação)

Te mperaturaTe mperatura

MaterialMaterial UsoUso EfeitoEfeito

650650 AçoAço Vaso, tubulação e Vaso, tubulação e estruturaestrutura

OxidaçãoOxidação

(óxido preto e espesso)(óxido preto e espesso)

660660Alumínio Alumínio Tanque, tubo e Tanque, tubo e acessóriosacessórios FusãoFusão

Vi droVidro JanelasJanelas FusãoFusão 700700

CobreCobreTuboTubosse vae vassooOxidação (óxido preto)Oxidação (óxido preto)

710710 Vi droVi dro

Pyrex Pyrex ––tubo e tubo e

FusãoFusão710710 Vi droVi dro janela de inspeçãojanela de inspeção FusãoFusão

730730Solda prataSolda prata Brazagem de Brazagem de acessóriosacessórios

Fusão (pode iniciar a Fusão (pode iniciar a temperaturas mais temperaturas mais bi )bi ) baixas )baixas )

Efeito da temperatura nos materiaisEfeito da temperatura nos materiais Zona 6Zona 6

Te mperaturaTe mperatura

MaterialMaterial UsoUso EfeitoEfeito

MaterialMaterial UsoUso EfeitoEfeito

760760 AçoAço Vasos e Vasos e tubulaçãotubulação Cementita esferoidizadoCementita esferoidizado

620620AçoAçoUso geralUso geral Resfriam. Lento Resfriam. Lento ––recozimentorecozimento

Resfriam. Rápido Resfriam. Rápido ––têmpera têmpera (duro e frágil)(duro e frágil)

900900 ZincoZinco Aço Aço galvanizadogalvanizado

Oxidação (óxido branco) ou Oxidação (óxido branco) ou vaporizaçãovaporização

980980Lã de vidroLã de vidroIsolante térmicoIsolante térmicoFusãoFusão

1010 CobreCobre TubulaçãoTubulação FusãoFusão

14001400Aço inoxAço inox Vaso, bomba, Vaso, bomba, válvulas etubosválvulas etubos FusãoFusão válvulas e tubosválvulas e tubos

Avaliação do dano pelo incêndioAvaliação do dano pelo incêndio

ZonaZona Te mpTe mp

11A mbAmb Equipamento limpo, polímeros Equipamento limpo, polímeros e tintas não afetadose tintas não afetados Sem dano, pode operarSem dano, pode operar

Sem dano na maioria dosSem dano na maioria dos

Equipamento sujo, coberto Equipamento sujo, coberto de fuligem e molhado. de fuligem e molhado.

Sem efeito nos polímeros e Sem efeito nos polímeros e

Sem dano na maioria dos Sem dano na maioria dos equipamentos.equipamentos.

Água e fumaça pode Água e fumaça pode causar danos em causar danos em tintastintasequipamentos delicados e equipamentos delicados e instrumentos.instrumentos.

Sem dano emSem dano emmaioria dos maioria dos itit

Empolamento de tintas, Empolamento de tintas, elastômeros endurecidos ou elastômeros endurecidos ou carbonizadoscarbonizados equ ipamen tosequ ipamen tos Algum dano não metálicos.Algum dano não metálicos.

Verificar juntas.Verificar juntas.

SSoldas (Pboldas (Pb--Sn) fundidosSn) fundidos Danos em material elétricoDanos em material elétrico

Substituir correiasSubstituir correias

Avaliação do dano pelo incêndioAvaliação do dano pelo incêndio (continuação)(continuação)

ZonaZona Te mpTe mp

Efeito do calorEfeito do calorAvaliaçãoAvaliação

Revestimento orgânicoRevestimento orgânico Revestimento orgânico Revestimento orgânico empolado ou queimadoempolado ou queimado

Polímeros e borrachas Polímeros e borrachas fundidos ou carbonizadosfundidos ou carbonizados

Dano severo em Dano severo em componentes elétricos componentes elétricos (cabeamentos, circuitos (cabeamentos, circuitos

Isolantes de fios Isolantes de fios destruídosdestruídos impressos e motores)impressos e motores)

Molas revenidas ou Molas revenidas ou amolecidosamolecidos

Válvulas e manômetros Válvulas e manômetros fora de calibraçãofora de calibração

Substituir componentesSubstituir componentes

Rolamentos amolecidos ou Rolamentos amolecidos ou danificadosdanificados

Avaliação do dano pelo incêndioAvaliação do dano pelo incêndio (continuação)(continuação)

ZonaZona Te mpTe mp

Efeito do calorEfeito do calorAvaliaçãoAvaliação

Cobre e ligas destruídos ou Cobre e ligas destruídos ou fundidosfundidos

Normalmente danificados e Normalmente danificados e devem ser substituídosdevem ser substituídos

Vi fi á id dVi fi á id d Aço severamente oxidado e Aço severamente oxidado e podem estar deformados por podem estar deformados por tensões térmicastensões térmicas

Verificar áreas oxidadasVerificar áreas oxidadas

Possível fragilização por Possível fragilização por metal líquidometal líquido

IiIi

Inspecionar vaInspecionar vassos e os e tubulações (tamanho do grão tubulações (tamanho do grão e perda de tenacidade)e perda de tenacidade)

AçopodetersofridoAçopodetersofrido Aço pode ter sofrido Aço pode ter sofrido têmpera e perder dutilidadetêmpera e perder dutilidade

Aço trabalhado a frio pode Aço trabalhado a frio pode perder propriedade perder propriedade

Inspecionar parafusos e Inspecionar parafusos e componentes críticos de componentes críticos de equipamentos e alterações equipamentos e alterações metalúrgicas em tubulaçõesmetalúrgicas em tubulações p pp p mecânicamecânica metalúrgicas em tubulaçõesmetalúrgicas em tubulações

MddflhMddflhModos de falhaModos de falha

ModoModode de falhafalha

DútilDútil DeformaçãoDeformação pláticaplática DeformaçãoDeformação pláticaplática

SemSem ouou poucapouca SemSem ouou poucapouca deformaçãodeformação plásticaplástica

ModoModode de falhafalha

Método Modo de falha

Dútil Fá ilDútil Frágil

Visual

Estricção ou deformaçãona direção da aplicação da carga

Pequena ou sem deformação Fratura plana

Textura grosseira brilhanteVisual carga

Fratura fibrosa e grosseira

Bordas de cisalhamento

Textura grosseira, brilhante, cristalina e granulada

Marcas de sargento

Trincas simples ou ramificadas

Afloramento de planos de deslizamento intergranular

Área de origem pode conter imperfeições ou concentração de tensão

Fatores

Propriedades ou processamento inade quado

Carga maior que a resistência dinâmica

Processamento ou propriedades inadequadas

Altas temperaturas inadequadas

Baixas temperaturas

Modo de falha Modo de falha --FatoresFatores

Fator

Tipo Fator

Dútil Frágil

Te mperatura Elevada Baixa Taxa de carregamentoBaixaElevada

Geometria Sem concentração de tensãoConcentração de tensão

TamanhoPeqeno ou finoGrande ou grosso

Tipo de carregamentoSobrecargaImpacto ou cíclico

Pressão (hidrostática) Elevada Baixa Resistência do metalMenorMaior

ModoModode de falhafalha––tipotipode de carregamentocarregamento

Fratura dútilFratura dútil

Fratura dútilFratura dútil

Fratura dútilFratura dútil

MEV MEV ––Zona fibroza (microZona fibroza (micro--cavidades)cavidades)

MicroMicro- -cavidadescavidades

MnS 2

MnS 2

Morfologia de Morfologia de microcavidadesmicrocavidades

Modos de carregamentoModos de carregamento

(a) –sem carga (b) –modo I (c)–modoI(c) modo I (d) –modo I

MicroMicro- -cavidadescavidades

Morfologia das microMorfologia das micro--cavidadescavidades

MicroMicro--cavidades (Modo I)cavidades (Modo I)

MicroMicro--cavidades (Modos I e I)cavidades (Modos I e I)

MicroMicro--cavidades (Modos I e I)cavidades (Modos I e I)

MicroMicro--cavidades (Modos I e I)cavidades (Modos I e I)

MicroMicro--cavidades (Modos I e I)cavidades (Modos I e I)

CalendárioCalendário DataTópico do Programa

03/08 Apresentação da disciplina e critérios de avaliação

Introdução a análise de falhas de componentes em serviço. 10/08Técnicas de análise de falha

17/08 Caracteriza ção de fraturas frágeis e dúteis-TPNçg

24/08Ensaios destrutivos e não destrutivos 31/08Introdução à mecânica de fratura 07/09Semana da Pátria –não há aula

14/09Fraturas devido à fadi gag

26/10 Falhas por corrosão associada a esforços mecânicos: corrosão-sob-

09/1 1 Falhas por corrosão associada a esforços mecânicos: corrosão-sob- fadiga, frattinge cavitação –Seminário 16/11Recesso Escolar –não há aula 23/11Falhas por desgaste -Seminário

Ft f áilFt f áilFratura frágilFratura frágil

Fratura frágilFratura frágil

Fratura frágil Fratura frágil ––características macroscópicascaracterísticas macroscópicas

Fratura sem ou pouca deformaçãoFratura sem ou pouca deformação Fratura perpendicular ao carregamentoFratura perpendicular ao carregamento

Marcas característicasMarcas características

MMdildildidtihddidtihd Marcas Marcas radial, radial, de praia, de sargento, espinho de de praia, de sargento, espinho de peixe, delta de riopeixe, delta de rio, etc., etc.

MaterialdútilpoderomperdemaneirafrágilMaterialdútilpoderomperdemaneirafrágil Material dútil pode romper de maneira frágilMaterial dútil pode romper de maneira frágil

Geralmente é muito rápido, inesperada e catastróficoGeralmente é muito rápido, inesperada e catastrófico

Tensão aplicada não necessariamente elevadaTensão aplicada não necessariamente elevada Pode ser residualPode ser residual

Fatores de fratura frágilFatores de fratura frágil

Concentradores de tensãoConcentradores de tensão Defeito de soldaDefeito de solda

CorrosãosobtensãoCorrosãosobtensão Corrosão sob tensãoCorrosão sob tensão

Entalhes, cantos, roscas, Entalhes, cantos, roscas, furosfuros, etc., etc.,,

Tensão aplicada ou residualTensão aplicada ou residual

Temperatura baixaTemperatura baixa

Marca de sargento (chevron)Marca de sargento (chevron)

Marca radialMarca radial

Motor de foguete Motor de foguete ––ensaio hidrostáticoensaio hidrostático

Causas da fratura frágilCausas da fratura frágil

Bi t tBi t t Baixas tempera turasBaixas tempera turas

Fragilização Fragilização na têmperana têmpera

CC Têmpera subcrítica >560 Têmpera subcrítica >560 o C

Fragilização no revenidoFragilização no revenido

Entre 400 e 500 Entre 400 e 500 o

C e 850 e 900 C e 850 e 900 o C

Azul Azul --temperatura entre 230 e 370 temperatura entre 230 e 370 o C

SensitizaçãoSensitização e/e/ou ou ffaasse sigmae sigma

Aço inoxidável austenítico Aço inoxidável austenítico ––400 a 900 400 a 900 o C

Fragilização por hidrogênioFragilização por hidrogênio

Corrosão sob tensãoCorrosão sob tensão

Fragilização por metal líquidoFragilização por metal líquido

Fragilização por metal líquidoFragilização por metal líquido

Propagação da trincaPropagação da trinca

Trinca secundáriaTrinca secundária

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