Post on 24-Dec-2015
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FATEC Faculdade de Tecnologia de Osasco
TIAGO DE ASSIS DUARTE
CONCEITOS DE FALHA EM EQUIPAMENTOS
Fratura fragil ocorrida em um navio de carga Liberty que separou o navio em duas partes em 1941.
OBJETIVOS:
Proporcionar ao público conhecimento dos mecanismos que levam as falhas mecânicas em equipamentos.
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CONTEÚDO PROGRAMÁTICO:
1. Definição teórica;
2. Desenvolvimento de uma aplicação pratica;
3. Comparativo de resultados;
4. Conclusão com a evolução do conceito.
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1. DEFINIÇÃO TEÓRICA
1.2 Equipamento
É um utensílio no qual o ser humano utiliza para realizar alguma tarefa ou operação específica.Ex: Carro, trator, avião, etc.
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1.3 Conceito de Falha
Uma parte, ou o conjunto todo de um equipamento é considerado "falhado" a partir de uma das três condiçoes a seguir:
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1.3.1 Quando um equipamento fica completamente inutilizado segundo a figura 1 abaixo;
Figura 1.1: Equipamento sem a roda dianteira
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1.3.2 Quando o equipamento pode ser utilizado, mas não é mais capaz de desempenhar a sua função de maneira eficaz segundo a figura 2 abaixo;
Figura 1.2: Equipamento opera sua função insatisfatoriamente
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1.3.3 Quando uma séria deterioração torna o equipamento inseguro para continuar a ser utilizado conforme a figura 3.
Figura 1.3: Deterioração de um equipamento fora de uso
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1.4 Causas da falha
As causas para a falha da maioria dos equipamentos geralmente estão relacionadas com os seguintes problemas:
Negligência durante o projeto, a construção ou a operação do equipamento; Aplicação de um novo projeto, ou de um novo material, que vem a produzir um inesperado e indesejavel resultado.
2. DESENVOLVIMENTO DE UMA APLICAÇÃO PRÁTICA
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Exemplo: Misturador industrial de carnes, segundo a figura 2.1
Figura 2.1: Misturador industrial de carnes
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Figura 2.2: Material fraturado na região da rosca
2.1 Analise metalografica
O eixo com rosca do equipamento conforme a figura 2.2 a seguir, apresentou uma quebra prematura em serviço devido as propriedades metalúrgicas do material.
2.2 Analise da dureza
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2.3 Analise química
Dureza superficial: 53 a 54 HRC Dureza do núcleo: 47 HRC
Material: SAE 4140
2.4 Microestrutura do material
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Conforme a figura 2.3, verifica-se a presença de inclusoes não metalicas no material (óxidos e sulfetos).
Figura 2.3: Microestrutura sem ataque
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Conforme a figura 2.4, verificamos que o núcleo do material submetido a analise é constituído de martensita revenida.
Figura 2.4: Microestrutura com ataque nital 3%
2.5 Resultados da analise metalografica
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Conforme a figura 2.5 abaixo, as marcas polidas indicam que existiu a formação de trincas, porém elas não geraram a quebra imediata do componente. Quando as trincas atingiram um tamanho crítico, o eixo fraturou de maneira fragil.
Figura 2.5: Detalhes da quebra de maneira fragil
3. COMPARATIVOS DE RESULTADOS
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3.1 Características do material
A amostra em analise foi fabricada em aço SAE 4140 e encontra-se no estado temperado e revenido, com dureza superficial de 53 a 54 HRC e dureza de núcleo de 47 HRC.
As durezas encontrada são considerada elevada para o tipo de material.
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3.2 Problemas encontrados
Após a analise do material, verifica-se a excessiva presença de inclusoes não-metalicas que prejudicam a tenacidade do aço.
A presença de canto vivo entre a rosca e o corpo do eixo gera uma região com concentração de tensoes.
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3.3 Causas da falha
A presença de regioes polidas na fratura indicam que houve a formação de trincas que posteriormente em serviço atingiram um tamanho limite que provocou a quebra da peça.
4. CONCLUSÃO COM A EVOLUÇÃO DO CONCEITO
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4.1 Conclusoes preliminares
Com base nos resultados avaliados, pode -se concluir que a quebra prematura da peça em questão é provocada pelos seguintes fatores que prejudicam a tenacidade do item:
Aço com excesso de inclusoes não metalicas; Dureza excessiva no material; Canto vivo entre rosca e eixo.
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4.2 Sugestoes para o aumento da vida útil do material
Fabricar o eixo com material aço SAE 4340 e exigir a certificação do material, conferindo melhores propriedades metalúrgicas.
4.2.1 Composição química
%C %Mn %Si %Cr %Ni %Mo
0,40 0,70 0,25 0,80 1,80 0,25
Material: SAE 4340
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4.2.2 Adição de níquel (Ni) no material
A presença do níquel nos aços visa aumentar a resistência à corrosão em meios óxidos e sulfetos, também melhora a ductilidade e tenacidade, além da aptidão à deformação da peça.
4.2.3 Dureza
Quanto à dureza, recomenda-se os seguinte parâmetros:
Dureza superficial de 45 a 48 HRC; Dureza do núcleo de 40 a 42 HRC.
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4.2.4 Tratamento térmico
O tratamento térmico por têmpera e revenimento mantém, visto que não foram os fatores que desencadearam a falha no componente.
Têmpera
É um tipo de tratamento térmico que visa aumentar a dureza do aço.
Revenimento
É um tipo de tratamento térmico que visa promover o alívio de tensoes no aço.
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4.2.5 Alteraçoes de projeto
Executar o arredondamento do canto vivo entre a rosca e o corpo do eixo, conforme a figura 4.1 abaixo:
Figura 4.1: Detalhes da recomendação do arredondamento
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4.3 Conclusoes finais
Conforme o delineamento desta pesquisa, podemos concluir que os equipamentos podem falhar.
Portanto, a FALHA é algo admissível mesmo em projetos de alta confiabilidade como na indústria metalúrgica e na indústria aeroespacial.