Análise de Falhas, Provas de Mecânica

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Análise de Falhas

PG-MEC - TM

Prof Adriano Scheid

Colapso do Wright Flyer, 1908.

Técnicas de Análise de Falhas

Introdução:

Uma FALHA pode ser definida com sendo o evento que resulta

na impossibilidade de operação de uma peça, componente ou

sistema.

Uma Fratura é usualmente o mais sério tipo de falha e pode

levar a um resultado desastroso. Distorções, Desgaste e

Corrosão são outros tipos de falha e que, algumas vezes,

levam à fratura.

Técnicas de Análise de Falhas

Os 13 estágios da Investigação:

1 - Coletar dados básicos do componente, operação e

manutenção

2 - Realizar exame preliminar da parte que falhou e registrar

por fotografia

3 - Exame macroscópico com registro fotográfico (superfície

de fratura, trincas secundárias e outros fenômenos de

superfície).

4 - Seleção, identificação, preservação, limpeza de amostras

(comparação com componentes que não falharam)

5 - Inspecionar por meio de técnicas não-destrutivas

6 - Executar ensaios mecânicos (dureza, tenacidade, ...)

Técnicas de Análise de Falhas

Os 13 estágios da Investigação:

7 - Seleção e preparação de amostras metalográficas

8 - Microscopia Ótica e Eletrônica de Varredura

9 - Determinação do micromecanismo de falha

10 - Análise química (núcleo, local, superficial, de produtos de

corrosão, depósitos ou revestimentos, além de análise por

EDS)

11 - Análise de Mecânica da Fratura

12 - Testes sob condições de serviço simuladas

13 - Análise de todas evidências, formulação de conclusões e

escrita do relatório.

Técnicas de Análise de Falhas

Questões a serem feitas sobre Fraturas

1 - Superfície de Fratura:

Qual é o modo de fratura? a- A origem da fratura é visível? Está localizada na superfície ou abaixo dela? (A localização depende da tensão relativa e gradientes de tensão) b- Qual é a relação entre a direção de fratura e as direções esperadas? c- Quantas origens de fratura existem? d- Existe evidência de corrosão, pintura ou outro material estranho na superfície de fratura? e- A tensão foi unidirecional ou alterou a direção?

Técnicas de Análise de Falhas

Questões a serem feitas sobre Fraturas

2 - Superfície do Componente:

a- Qual é o campo de contato da superfície do componente? (aparecem como regiões levemente mais polidas e revelam como o componente foi carregado em serviço) b- A superfície do componente foi deformada por carregamento em serviço? c- Existem danos no componente devidos a montagem, manufatura, reparo ou serviço?

3 - Projeto e Geometria do Componente:

a- Existe concentração de tensão relacionada à fratura? (raios, splines, chavetas, etc) b- O componente foi concebido para rigidez ou para ser flexível como uma mola?

Técnicas de Análise de Falhas

Questões a serem feitas sobre Fraturas

5 - Propriedades do Material:

a- As propriedades mecânicas atendem a especificação? b- As propriedades são adequadas para a aplicação?

6 - Relação entre a tensão aplicada e as tensões residuais:

Tensões residuais podem ter efeito benéfico ou não ao componente. Devem ser avaliadas as tensões residuais, normalmente por técnicas de difração de raios-X.

7 - Componentes adjacentes ao que falhou:

a- Qual foi a influência dos componentes adjacentes sobre a falha? b- Os fixadores (parafusos) foram adequadamente fixados? (torque)

Técnicas de Análise de Falhas

Questões a serem feitas sobre Fraturas

8 - Montagem:

a- Existe evidência de desalinhamento na montagem? b- Existe evidência de componentes fora de dimensões? (interferência na montagem)

9 - Condições de serviço:

É um campo de difícil investigação, que normalmente envolve posturas defensivas. Mesmo assim, é importante investigar, entrevistar e coletar dados. a- Existe evidência de sobrecarga ou excesso de velocidade? b- Houve manutenção adequada da máquina ou componente? c- Qual é a condição geral da máquina?

Falha

Montagem Condições de Serviço Componentes Adjacentes Tensão eTensão Residual Propriedades do Material Manufatura / Processo Projeto e Geometria Superfície do Componente Superfície de Fratura Condições Ambientais

Falhas por Distorção

Introdução

O termo “Falha” tem sido usado com significado de incapacidade de

um componente de cumprir com sua função concebida por

quaisquer razões.

Distorções tem sido identificadas prontamente como resultado da

mudança na forma ou tamanho e são acompanhadas por tensões

residuais.

Falhas por Distorção são sérias pois podem levar a outros tipos de

falha ou podem levar ao colapso de estruturas, como pontes e

colunas.

Distorções em elevadas temperaturas (fluência), dependem do

projeto do componente e das propriedades do material em elevada

temperatura.

Falhas por Distorção

Tipos de Distorção

Distorções Permanentes: São resultado do escoamento em serviço,

fluência ou flambagem.

Escoamento em Serviço:

Ocorre quando a carga de serviço excede o limite de escoamento do

material, resultando em deformação permanente. Uma mola, por

exemplo, perde a sua altura original quando isto acontece.

Este tipo de falha envolve a análise da microestrutura, dureza,

condições de serviço (carga, temperatura).

Fluência:

A fluência é um fenômeno dependente do tempo em que a

deformação ocorre em componentes carregados permanentemente

quando expostos a elevadas temperaturas.

Falhas por Distorção

Tipos de Distorção

Flambagem:

É definida como o colapso que ocorre

devido à instabilidade em compressão. É

comum quando longas colunas são

comprimidas na direção axial.

Modos de Fratura em Carga Monotônica

Fratura por Cisalhamento (Coalescimento de Microcavidades)

Modos de Fratura em Carga Monotônica

Clivagem:

Uma diferença básica da clivagem está no modo de separação da célula unitária. A separação ocorre repentinamente entre uma face da célula unitária e a face gêmea da célula adjacente. Nenhuma deformação está presente, pelo menos em escala macroscópia. A Clivagem ocorre em metais de dureza e resistência relativamente elevada embora, sob certas condições (como baixa temperatura), metais que normalmente fraturam por cisalhamento podem fraturar por clivagem. Metais que cristalizam com estrutura CFC (Alumínio e Aço Inoxidável Austenítico) não fraturam por clivagem. Em escala microfractográfica, a clivagem ocorre ao longo dos planos das faces das células unitárias, mas são vistas como uma fissuração dos grãos, com nenhuma relação aos seus contornos.