SMM PRINCÍPIO DE ANÁLISE DE FALHAS EM COMPONENTES

Transcrição

1 SMM PRINCÍPIO DE ANÁLISE DE FALHAS EM COMPONENTES

2 REFERÊNCIAS: Fatigue of Materials S.Suresh, Cambridge University Press, Metalografia e Análise de Falhas, Tibério Cescon e Cesar R.F. Azevedo, ABM, São Paulo, 2006; ASM Handbook Vol Failure Analysis 2002; ASM Handbook Vol. 12 Fractography 1987; ASM Handbook Vol. 19 Fatigue and Fracture 1996; Analyses and Prevention of Aircraft Structural Failures, curso- L. Molent, 2011; Engineering disasters: learning from failure, N. Chawla, apresentação, 2007; What Really Sank the Titanic, Jennifer Hooper McCarty & Tim Foecke, Citadel Press Books, 2008;

3 REFERÊNCIAS: Metallurgy of the RMS Titanic, National Institute of Standards and Technology-NIST-IR 6118, Tim Foecke. Deformation and Fracture Mechanics of Engineering Materials Richard W. Hertzberg, John Willey and Sons, Comportamento Mecânico e Fratura de Componentes e Estruturas Metálicas, Paulo Sergio C. Pereira da Silva, UFPR, 1999; Apostila do curso: Fadiga de materiais metálicos, Itamar Ferreira, Unicamp, Mecânica dos Materiais, Claudio Geraldo Schön, Elsevier, Apostila do curso Mecânica de Fratura Elasto-Plástica, Cláudio Ruggieri, EPUSP, 2010; Apostila do curso Fadiga de Materiais Estruturais, Cláudio Ruggieri, EPUSP, 2010; Relatórios deanálise de falhas do Prof. José B. Marcomini.

4 MICROMECANISMOS DE FRATURA

5 SUPERFÍCIE DE FRATURA MICROMECANISMO DE FRATURA GRÃOS NÍVEL ATÔMICO MODELOS DE ESFERAS RÍGIDAS: MODELOS ATOMÍSTICOS- DISCORDÂNCIAS SUBATÔMICO

6 MECANISMOS DE DEFORMAÇÃO

7 MOVIMENTAÇÃO DAS DISCORDÂNCIAS É APLICADA UMA TENSÃO DE CISALHAMENTO, FORÇANDO A PARTE SUPERIOR DOS PLANOS A, B, C E D. SE A TENSÃO FOR SUFICIENTE, AS LIGAÇÕES DA PARTE INFERIOR DO PLANO B SÃO ROMPIDAS E O PLANO A SE LIGA À ESTA PARTE. ISSO OCORRE SUCESSIVAMENTE ATÉ QUE O SEMI-PLANO AFLORA NA SUPERFÍCIE COM A LARGURA DE UMA DISTÂNCIA ATÔMICA.

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9 LINHAS DE ESCORREGAMENTO EM AMOSTRA DE COBRE POLICRISTALINO, POLIDA E DEFORMADA. AO MENOS DOIS SISTEMAS DE ESCORREGAMENTO QUE SE CRUZAM, PODEM SER OBSERVADOS. LINHAS DE ESCORREGAMENTO QUE SE CRUZAM. DIFERENTES ORIENTAÇÕES EM CADA GRÃO.

10 DISCORDÂNCIAS EM LINHA DE ESCORREGAMENTO (INÓX - 10%DEFORMAÇÃO)

11 GRÃOS EQUIAXIAIS ANTES DA DEFORMAÇÃO(a) E ALONGADOS APÓS A DEFORMAÇÃO (b) DE UM METAL POLICRISTALINO.

12 DEFORMAÇÃO POR MACLAÇÃO (ADAPTADO DE :CALLISTER)

13 MACLAS MECÂNICAS LENTICULAR AÇO 5160H (MO) MACLAS MECÂNICAS- LINHAS DE NEUMANN FRANZ ERNEST NEUMANN-MINERALOGISTA, FÍSICO E MATEMÁTICO ALEMÃO.OBSERVOU MACLAS EM METEORITOS (LEI DE NEUMANN SOBRE CALOR ESPECÍFICO) MACLAS MECÂNICAS (Marcomini, diss. Mestrado)

14 CONSEQUÊNCIAS DA MIGRAÇÃO DE CONTORNOS MACLAS DE RECOZIMENTO O MECANISMO DE FORMAÇÃO AINDA ESTÁ SENDO ESTUDADO; É UM ACIDENTE DE CRESCIMENTO (MIGRAÇÃO DE CONTORNOS); SÃO MAIS FREQUENTES QUANTO MENOR FOR A ENERGIA DO CONTORNO COERENTE DE MACLA, QUE POR SUA VEZ VARIA DE MATERIAL PARA MATERIAL; NOS METAIS E LIGAS COM ESTRUTURA CFC, O PLANO DO CONTORNO COERENTE DE MACLA É DO TIPO {111}; CONTORNOS COERENTES DE MACLA TÊM BAIXA ENERGIA ( 1/2 EDE); CONTORNOS INCOERENTES DE MACLA = ENERGIA CONTORNO DE GRÃO; SE A ENERGIA DO SISTEMA FICAR MAIS BAIXA COM OS CONTORNOS COERENTES E INCOERENTES DE MACLA QUE A RECRISTALIZAÇÃO COMPLETA, ELAS OCORREM;

15 (ADAPTADO DE: COLPAERT)

16 CONSEQUÊNCIAS DA MIGRAÇÃO DE CONTORNOS (FONTE:PADILHA)

17 EM NÍVEL DE LINHAS DE DISCORDÂNCIAS NORMALMENTE LD SÃO EM ANÉIS O PLANO DE ESCORREGAMENTO DE UMA DISCORDÂNCIA É DEFINIDO COMO O PLANO QUE CONTÉM A DISCORDÂNCIA E O SEU VETOR DE BURGERS. O VETOR DE BURGERS DE UMA DISCORDÂNCIA EM HÉLICE É PARALELO, ENTÃO, QUALQUER PLANO QUE CONTENHA A DISCORDÂNCIA É UM PLANO POSSÍVEL DE ESCORREGAMENTO. A PARTE EM HÉLICE SE DESLOCA NO DESLIZAMENTO CRUZADO. LEVA À FORMAÇÃO DE BANDAS DE CISALHAMENTO. (FONTE:DIETER)

18 (ADAPTADO DE :REED-HILL) BANDAS DE CISALHAMENTO: CONJUNTO DE LINHAS DE DESLIZAMENTO. FORMAM UMA REGIÃO ENCRUADA E FRÁGIL QUE...

19 (REED-HILL)...PODEM LEVAR À FRATURA!

20 MICROMECANISMOS DE FRATURA

21 MICROMECANISMOS DE FRATURA ALVEOLAR (DIMPLES); INTERGRANULAR; TRANSGRANULAR (CLIVAGEM E QUASE- CLIVAGEM); FADIGA (ESTRIAS).

22 DIMPLES OU ALVEOLAR DESCOLAMENTO ENTRE MATRIZ E PARTICULA.

23 DIMPLES OU ALVEOLAR Quando o diâmetro da partícula é grande, a tensão crítica para clivagem da partícula é pequena a partícula cliva; Quando a partícula é muito pequena, a tensão crítica seria muito grande - partícula descola; S 2 = πeγ 0 1 θ dp S tensão crítica para clivagem, γ 0 - energia interface matriz/partícula (Ritchie); Depende também da diferença de dureza entre partícula e matriz e da forma descola ou fratura.

24 DIMPLES OU ALVEOLAR S 2 = πeγ 0 1 θ dp PARTÍCULA CLIVADA DEFORMAÇÃO EM TORNO DA PARTÍCULA

25 TEORIA DO ENDURECIMENTO POR PRECIPITAÇÃO PARTÍCULAS COERENTES COM DIMENSÃO DE ALGUNS ÁTOMOS O PLANO DE DESLIZAMENTO CONTÉM A DISCORDÂNCIA E A PARTÍCULA DEVIDO Á TENSÃO EM TORNO DO PRECIPITADO AUMENTO DA TENSÃO APLICADA PARA A DISCORDÂNCIA ATRAVESSAR A PARTÍCULA DEFORMAÇÃO

26 TEORIA DO ENDURECIMENTO POR PRECIPITAÇÃO (Fonte:Porter & Easterling)

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28 TEORIA DO ENDURECIMENTO POR PRECIPITAÇÃO SEGUNDO MECANISMO OCORRE QUANDO A TENSÃO NECESSÁRIA ARA A DISCORDÂNCIA ATRAVESSAR O PRECIPITADO É MUITO ALTA É CARACTERÍSTICO DE PRECIPITADOS METAESTÁVEIS NTERMEDIÁRIOS. MECANISMO DE OROWAN (1948) ANÉIS DE DISCORDÂNCIA EM TORNO DOS PRECIPITADOS PRÓXIMA DISCORDÂNCIA ENFRENTA OS ANÉIS DA 1ª. MAIOR ENCRUAMENTO DURANTE A DEFORMAÇÃO MAIOR AUMENTO DE RESISTÊNCIA MECÂNICA

29 TEORIA DO ENDURECIMENTO POR PRECIPITAÇÃO

30 TEORIA DO ENDURECIMENTO POR PRECIPITAÇÃO QUANTO MENOR O ESPAÇAMENTO, MAIOR O EFEITO DO ENDURECIMENTO; ALGUMAS LIGAS, O AUMENTO DO LIMITE DE ESCOAMENTO É DE 5 VEZES; NO SUPERENVELHECIMENTO, O AUMENTO DOS PRECIPITADOS LEVA AO AUMENTO DA DISTÂNCIA ENTRE ELES- A RESISTÊNCIA CAI. (Fonte:Rezende)

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32 DIMPLES OU ALVEOLAR EXEMPLO MAIS CLÁSSICO: TRAÇÃO ESPECIALMENTE A ZONA FIBROSA DA TAÇA-CONE 45º - TENSÕES PRINCIPAIS (BANDAS DE LÜDERS)

33 DIMPLES OU ALVEOLAR No centro da seção de menor diâmetro (após o empescoçamento), tem-se a máxima tensão longitudinal e a máxima triaxialidade de tensões. Quando a fratura se aproxima da superfície livre do c.p., a trinca segue a trajetória a 45o com o eixo, sem sofrer mais alterações na sua direção de propagação, formando a zona de cisalhamento (termo equivocado). Mecânica da Fratura: cisalhamento fratura em Modo II ou III. Neste caso, nem seria possível: geometria do cp.

34 DIMPLES OU ALVEOLAR

35 DIMPLES OU ALVEOLAR Mecanismo: Ocorre em três etapas: (i) nucleação de micro-cavidades; (ii) crescimento de micro-cavidades; (iii) coalescimento de micro-cavidades.

36 DIMPLES OU ALVEOLAR NA PROGRESSÃO DA TRINCA

37 DIMPLES OU ALVEOLAR Não terá esse aspecto se: Elevados gradientes de tensões; Partículas não homogêneas, quanto a forma, natureza ou distribuição; O processo de concentração das deformações e do coalescimento das micro-cavidades pode adquirir outra geometria, dando à fratura aspectos diferentes como por exemplo, a distribuição bi-modal de alvéolos. Distribuição bi-modal de alvéolos

38 DIMPLES OU ALVEOLAR TEORIAS DA NUCLEAÇÃO DA FRATURA DÚTIL Leva em consideração o aumento da tensão na interface partícula/matriz-acúmulo de discordâncias. α cte:0,14 a 0,33, μ: rigidez, ε1 é a deformação máxima longe da interface, b é o vetor de Burgers e r é o raio da partícula PARTÍCULAS < 1 µm PARTÍCULAS > 1 µm σ c é a tensão crítica para nucleação de fratura dútil (combinação partícula/matriz).

39 DIMPLES OU ALVEOLAR MATERIAIS MUITO DÚTEIS: ALVÉOLOS GRANDES E ATÉ COM LINHAS DE DESLIZAMENTO INTERNAS.

40 DIMPLES OU ALVEOLAR Esse micromecanismo também aparece em fraturas frágeis Zona radial, Zona Fibrosa e Zona de Cisalhamento

41 DIMPLES OU ALVEOLAR

42 INCLUSÕES Prof.Dr. José Benedito Marcomini-LOM3050

43 SOLIDIFICAÇÃO (Colpaert) Prof.Dr. José Benedito Marcomini-LOM3050

44 SOLIDIFICAÇÃO (Colpaert) Prof.Dr. José Benedito Marcomini-LOM3050

45 MINÉRIO/SUCATA/CO QUE/REFRATÁRIO (S,P,Si) CONVERSORES (O 2 ) TRATAMENTOS PARA ACALMAR (Ca,Al,Mn,Mg) INCLUSÕES NÃO METÁLICAS: ENDÓGENAS E EXÓGENAS TIPO A TIPO B TIPO C TIPO D SULFETOS ALUMINA SILICATOS ÓXIDOS (Mn,Fe,Ca) (Al 2 O 3 ) (SiO 2 ) GLOBULARES Prof.Dr. José Benedito Marcomini-LOM3050(Mn,Fe,Ca)

46 (MARCOMINI) INCLUSÕES DE SULFETO- 1000X

47 ANÁLISE DE INCLUSÕES: AMOSTRA LONGITUDINAL, SEM ATAQUE AUMENTO DE 100X (MARCOMINI) (MARCOMINI) Prof.Dr. José Benedito Marcomini-LOM3050

48 ANÁLISE DE INCLUSÕES: AMOSTRA LONGITUDINAL, SEM ATAQUE AUMENTO DE 100X Prof.Dr. José Benedito Marcomini-LOM3050

49 Prof.Dr. José Benedito Marcomini-LOM3050

50 CASO II FRATURA DÚTIL DE EIXO CURVO ANÁLISE QUÍMICA AÇO ABNT 1010 COERENTE COM FORNECIDO; GRANDE QUANTIDADE DE DEFORMAÇÃO 45º -SIMILAR Á TRAÇÃO DE MATERIAL DÚTIL; PODERIA SER PROBLEMA DE INCLUSÕES ANÁLISE METALOGRÁFICA COMPLETA; PPODERIA SER DUREZA ABAIXO DO ESPECIFICADO- ENSAIO DE DUREZA OK.

51 CASO II FRATURA DÚTIL DE EIXO CURVO Prof.Dr. José Benedito Marcomini-LOM3050

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53 CASO II FRATURA DÚTIL DE EIXO CURVO

54 CASO II FRATURA DÚTIL DE EIXO CURVO

55 CASO II FRATURA DÚTIL DE EIXO CURVO

56 CASO II FRATURA DÚTIL DE EIXO CURVO

57 FIM