Curso de análise de falhas 1 Cesar R. F. Azevedo – aula 05 Universidade de São PauloEscola PolitécnicaDepto. Eng. Metalúrgica e de Materiaisaula 5aula 5

curso de análise de falhas:curso de análise de falhas:fadiga fadiga e desgastee desgaste

Desgaste: remoção indesejável de material de superfícies de Desgaste: remoção indesejável de material de superfícies de

contato por ação mecânica... contato por ação mecânica...

Curso de análise de falhas 2 Cesar R. F. Azevedo – aula 05 Universidade de São PauloEscola PolitécnicaDepto. Eng. Metalúrgica e de MateriaisEstágios de propagação da trinca de fadigaEstágios de propagação da trinca de fadiga

MITMIT

Curso de análise de falhas 3 Cesar R. F. Azevedo – aula 05 Universidade de São PauloEscola PolitécnicaDepto. Eng. Metalúrgica e de Materiais Fadiga: nucleaçãoFadiga: nucleação

MITMIT

Curso de análise de falhas 4 Cesar R. F. Azevedo – aula 05 Universidade de São PauloEscola PolitécnicaDepto. Eng. Metalúrgica e de Materiais Fadiga: nucleaçãoFadiga: nucleação

concentrador de

tensões

MITMIT

Curso de análise de falhas 5 Cesar R. F. Azevedo – aula 05 Universidade de São PauloEscola PolitécnicaDepto. Eng. Metalúrgica e de MateriaisNucleação e propagação no plano máximo de cisalhamento: Nucleação e propagação no plano máximo de cisalhamento:

Estágio I dura alguns grãosEstágio I dura alguns grãos

Fadiga: nucleaçãoFadiga: nucleação

MITMIT

Curso de análise de falhas 6 Cesar R. F. Azevedo – aula 05 Universidade de São PauloEscola PolitécnicaDepto. Eng. Metalúrgica e de Materiais Fadiga: propagação da trincaFadiga: propagação da trinca

estágio Bestágio B

Com estrias de fadiga Sem estrias de fadiga

Carregamento

MITMIT

Curso de análise de falhas 7 Cesar R. F. Azevedo – aula 05 Universidade de São PauloEscola PolitécnicaDepto. Eng. Metalúrgica e de Materiais Fadiga: aspecto Fadiga: aspecto microfractográficomicrofractográfico

Curso de análise de falhas 8 Cesar R. F. Azevedo – aula 05 Universidade de São PauloEscola PolitécnicaDepto. Eng. Metalúrgica e de MateriaisFadiga: limite de fadigaFadiga: limite de fadiga

MITMIT

Curso de análise de falhas 9 Cesar R. F. Azevedo – aula 05 Universidade de São PauloEscola PolitécnicaDepto. Eng. Metalúrgica e de MateriaisFadiga: limite de fadigaFadiga: limite de fadiga

MITMIT

Curso de análise de falhas 10 Cesar R. F. Azevedo – aula 05 Universidade de São PauloEscola PolitécnicaDepto. Eng. Metalúrgica e de MateriaisCurva SCurva S--NN

Understanding how components fail, D. W. Wulpi

Curso de análise de falhas 11 Cesar R. F. Azevedo – aula 05 Universidade de São PauloEscola PolitécnicaDepto. Eng. Metalúrgica e de MateriaisCurva SCurva S--NN

Curso de análise de falhas 12 Cesar R. F. Azevedo – aula 05 Universidade de São PauloEscola PolitécnicaDepto. Eng. Metalúrgica e de Materiais Asm handbook Asm handbook –– vol. 11vol. 11

Fadiga: aspecto microfractográficoFadiga: aspecto microfractográfico

Curso de análise de falhas 13 Cesar R. F. Azevedo – aula 05 Universidade de São PauloEscola PolitécnicaDepto. Eng. Metalúrgica e de MateriaisFadiga: efeitos da tensão residual na superfície e do acabamento Fadiga: efeitos da tensão residual na superfície e do acabamento

superficialsuperficial

Understanding how components fail, D. W. Wulpi

Curso de análise de falhas 14 Cesar R. F. Azevedo – aula 05 Universidade de São PauloEscola PolitécnicaDepto. Eng. Metalúrgica e de Materiais Propagação da trincaPropagação da trinca

de fadigade fadiga

Understanding how components fail, D. W. Wulpi

Curso de análise de falhas 15 Cesar R. F. Azevedo – aula 05 Universidade de São PauloEscola PolitécnicaDepto. Eng. Metalúrgica e de Materiais Propagação da trincaPropagação da trinca

estágio Bestágio B

Marcas de estrias em liga de Al. Cada estria é causada por um ciclo

MITMIT

Curso de análise de falhas 16 Cesar R. F. Azevedo – aula 05 Universidade de São PauloEscola PolitécnicaDepto. Eng. Metalúrgica e de Materiais• With uniform loading, fatigue striations generally increase inspacing as they progress from the origin of fatigue.

• Each striation is the result of a single cycle of stress, but everystress cycle does not necessarily produce a striation;

• Striation spacing depends strongly on the level of appliedloading.

Propagação da trincaPropagação da trinca

de fadigade fadiga

Understanding how components fail, D. W. Wulpi

Curso de análise de falhas 17 Cesar R. F. Azevedo – aula 05 Universidade de São PauloEscola PolitécnicaDepto. Eng. Metalúrgica e de Materiais• The clarity of the striations depends on the ductility of the material.

• Striations are more visible at stress levels higher than the fatigue limit, and they are more readily visible in ductile materials.

• Fatigue striations in high-strength steel are less visible than in an aluminum alloy.

Propagação da trincaPropagação da trinca

de fadigade fadiga

Understanding how components fail, D. W. Wulpi

Curso de análise de falhas 18 Cesar R. F. Azevedo – aula 05 Universidade de São PauloEscola PolitécnicaDepto. Eng. Metalúrgica e de Materiais Fadiga: aspecto Fadiga: aspecto microfractográficomicrofractográfico

Fatigue in Titanium alloy: maclação. Estrias de fadiga?

CRF Azevedo, Casos histórios de análise de falhas, IPT.

Curso de análise de falhas 19 Cesar R. F. Azevedo – aula 05 Universidade de São PauloEscola PolitécnicaDepto. Eng. Metalúrgica e de MateriaisDesgaste: falha em gasodutoDesgaste: falha em gasoduto

Desgaste: remoção indesejável de material de superfícies de Desgaste: remoção indesejável de material de superfícies de

contato por ação mecânica... contato por ação mecânica...

Curso de análise de falhas 20 Cesar R. F. Azevedo – aula 05 Universidade de São PauloEscola PolitécnicaDepto. Eng. Metalúrgica e de Materiais Desgaste: falha em gasodutoDesgaste: falha em gasoduto

Superfície interna

SiO2

Curso de análise de falhas 21 Cesar R. F. Azevedo – aula 05 Universidade de São PauloEscola PolitécnicaDepto. Eng. Metalúrgica e de Materiais DesgasteDesgaste

Tribology is the science and technology ofinteracting surfaces in relative motion.

It includes the study and application of theprinciples of friction, lubrication and wear.

The word "tribology" derives from the Greek τρίβω("tribo") meaning "(Ι) rub" (root τριβ-), and λόγος

("logos") meaning 'principle or logic'.

The cost of wear has been estimated as ranging

from 1 to 4% of the GNP of an industrialized nation.

Curso de análise de falhas 22 Cesar R. F. Azevedo – aula 05 Universidade de São PauloEscola PolitécnicaDepto. Eng. Metalúrgica e de MateriaisDesgasteDesgaste

Wear is not a materials property but a systemcharacteristic or phenomenon.

Materials wear differently in different wearsituations.

Different materials wear differently in the samesituation.

It is necessary to examine and characterize anumber of different parameters, not simply the worn

part.

Curso de análise de falhas 23 Cesar R. F. Azevedo – aula 05 Universidade de São PauloEscola PolitécnicaDepto. Eng. Metalúrgica e de Materiais DesgasteDesgaste

The basic elements of a tribosystem are:

·Contacting materials (hardness, microstructure)

·Geometrical parameters (shape, size, surfaceroughness, contact area)

· Relative motion

· Loading

· Lubrication

· Environment (including temperature)

Curso de análise de falhas 24 Cesar R. F. Azevedo – aula 05 Universidade de São PauloEscola PolitécnicaDepto. Eng. Metalúrgica e de Materiais DesgasteDesgaste

The study of the processes of wear is part of the

discipline of tribology. There are five principal wear

processes:

• Adhesive

• Abrasive wear: two-body wear or three-body-wear• Surface fatigue

• Fretting wear

• Erosion wear

Curso de análise de falhas 25 Cesar R. F. Azevedo – aula 05 Universidade de São PauloEscola PolitécnicaDepto. Eng. Metalúrgica e de Materiais Desgaste adesivoDesgaste adesivo

Occurs when two solid surfaces slide over one another under pressure.

Asperities are plastically deformed and eventually welded together by the high local

pressure.

As sliding continues, these bonds are broken, producing cavities on the surface,

projections on the second surface, and frequently abrasive particles, all of which

contribute to future wear of surfaces

Curso de análise de falhas 26 Cesar R. F. Azevedo – aula 05 Universidade de São PauloEscola PolitécnicaDepto. Eng. Metalúrgica e de Materiais DesgasteDesgaste

The term abrasive wear is used to describe situations where the principal cause of the wear is

scratching or cutting by abrasive particles.

Curso de análise de falhas 27 Cesar R. F. Azevedo – aula 05 Universidade de São PauloEscola PolitécnicaDepto. Eng. Metalúrgica e de Materiais Desgaste abrasivoDesgaste abrasivo

• The depth of indentation is a function of the hardness of the wear

material and the shape and hardness of the abrasive particle.

• Angular particles indent the wear surface to a greater extent ,

leading to higher wear rates.

•A ngular particles are more efficient in cutting and machining.

Curso de análise de falhas 28 Cesar R. F. Azevedo – aula 05 Universidade de São PauloEscola PolitécnicaDepto. Eng. Metalúrgica e de Materiais DesgasteDesgaste

Materials that exhibit high ductility with relatively low yieldstrength are more likely to be abraded by plowing.

Increasing E/σy (or decreasing hardness) favors a

plowing mechanism, in which a high proportion

of material is deformed.

Curso de análise de falhas 29 Cesar R. F. Azevedo – aula 05 Universidade de São PauloEscola PolitécnicaDepto. Eng. Metalúrgica e de Materiais DesgasteDesgasteDecreasing E/σy (or increasing hardness) favors

a cutting mechanism, in which a high proportion

of material is removed as microchips.

Curso de análise de falhas 30 Cesar R. F. Azevedo – aula 05 Universidade de São PauloEscola PolitécnicaDepto. Eng. Metalúrgica e de Materiais DesgasteDesgaste

Curso de análise de falhas 31 Cesar R. F. Azevedo – aula 05 Universidade de São PauloEscola PolitécnicaDepto. Eng. Metalúrgica e de MateriaisDesgasteDesgaste

Curso de análise de falhas 32 Cesar R. F. Azevedo – aula 05 Universidade de São PauloEscola PolitécnicaDepto. Eng. Metalúrgica e de MateriaisDesgasteDesgaste

Curso de análise de falhas 33 Cesar R. F. Azevedo – aula 05 Universidade de São PauloEscola PolitécnicaDepto. Eng. Metalúrgica e de MateriaisDesgasteDesgaste

Curso de análise de falhas 34 Cesar R. F. Azevedo – aula 05 Universidade de São PauloEscola PolitécnicaDepto. Eng. Metalúrgica e de MateriaisDesgasteDesgaste

Curso de análise de falhas 35 Cesar R. F. Azevedo – aula 05 Universidade de São PauloEscola PolitécnicaDepto. Eng. Metalúrgica e de MateriaisDesgasteDesgaste

Curso de análise de falhas 36 Cesar R. F. Azevedo – aula 05 Universidade de São PauloEscola PolitécnicaDepto. Eng. Metalúrgica e de Materiais Desgaste erosivoDesgaste erosivo

The term erosion is used where the wear is caused by a fluid, a stream of particles, or bubbles

(in the case of cavitation), not by contact between two solid bodies.

Curso de análise de falhas 37 Cesar R. F. Azevedo – aula 05 Universidade de São PauloEscola PolitécnicaDepto. Eng. Metalúrgica e de MateriaisDesgasteDesgaste

Palheta turbina a vaporPalheta turbina a vapor

Figura 14: Palheta 4, presença de trinca a uma

distância de aproximadamente 107

mm da raiz, vide seta, e

de regiões com deformação plástica e perda de material [17]

Curso de análise de falhas 38 Cesar R. F. Azevedo – aula 05 Universidade de São PauloEscola PolitécnicaDepto. Eng. Metalúrgica e de MateriaisDesgaste e fadigaDesgaste e fadiga

Palheta turbina a vaporPalheta turbina a vapor

Curso de análise de falhas 39 Cesar R. F. Azevedo – aula 05 Universidade de São PauloEscola PolitécnicaDepto. Eng. Metalúrgica e de MateriaisDesgaste e fadigaDesgaste e fadiga

Palheta turbina a vaporPalheta turbina a vapor

Curso de análise de falhas 40 Cesar R. F. Azevedo – aula 05 Universidade de São PauloEscola PolitécnicaDepto. Eng. Metalúrgica e de MateriaisDesgasteDesgaste

Palheta turbina a vaporPalheta turbina a vapor

Curso de análise de falhas 41 Cesar R. F. Azevedo – aula 05 Universidade de São PauloEscola PolitécnicaDepto. Eng. Metalúrgica e de MateriaisDesgasteDesgaste

Palheta turbina a vaporPalheta turbina a vapor

Curso de análise de falhas 42 Cesar R. F. Azevedo – aula 05 Universidade de São PauloEscola PolitécnicaDepto. Eng. Metalúrgica e de Materiais DesgasteDesgaste

More than one type of mechanism can be involvedin a wear situation. Individual mechanisms caninteract sequentially to form a more complex wearprocess.

However, one mechanism generally is thecontrolling and primary mechanism.

Materials can exhibit transitions in wear behavior asa result of changes in other operational parameters,such as load, velocity, and friction.

Curso de análise de falhas 43 Cesar R. F. Azevedo – aula 05 Universidade de São PauloEscola PolitécnicaDepto. Eng. Metalúrgica e de MateriaisConclusionsConclusions

• Wear failures occur because of the sensitivity ofa material or system to the surface changes

caused by wear.

• Typically, it is the geometrical or profile aspectsof these changes, such as a dimensional

change, a change in shape, or residual thicknessof a coating, that defines failure.

• However, a change in appearance and thenature of the wear damage also can be causes

for failure. Wear can reduce fatigue life!