Análise de Fratura em virabrequim

8º Período Engenharia Metalúrgica8º Período Engenharia Metalúrgica

ANÁLISE DE FRATURA EM EIXO VIRABREQUIM

Integrantes:

• Douglas Allan• Jeffesrson R. Alves• Joseph Fernandes• Sandro Santos • Warley Egídio Conselheiro Lafaiete , novembro de 2012



Conselheiro Lafaiete , Junho de 2012

ANÁLISE DE FALHA EM VIRABREQUIM DE MOTOR V8

Autores: T. Rencka (a), R.A.Hoppeb (b), S.Pecantetb (b), S.Grizac (c) e T.R.Strohaeckerd (d)

a)UFRGS, Graduando em Engenharia Metalúrgica

b)UFRGS, Mestrando do Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Minas, Metalúrgica e dos Materiais (PPGEM)

c) UFRGS, Doutorando do Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Minas, Metalúrgica e dos Materiais (PPGEM)

d) UFRGS, Professor do Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Minas, Metalúrgica e dos Materiais (PPGEM)




O objetivo deste trabalho foi determinar as causas que levaram à ruptura um virabrequim de um motor de combustão interna diesel V8.

O QUE É FALHA ??????




Metodologia empregada em análise de falhas:

a) análises visuais;

b) análise da morfologia da fratura através da microscopia óptica e eletrônica de varredura;

c) metalografia

d) dureza.




O que é um eixo Virabrequim ?

Os virabrequins são peças robustas,Superdimensionadas,

Construídas de aço ou ferro fundido

Qual é a sua função?

Captar e e transmitir a energia produzida pelos cilindros (câmaras decombustão), transformando o movimento de translação dos pistões em rotação.

Características requeridas?

possuir alta resistência a fadiga




Figura 2 – Imagem mostrando a seção do virabrequim recebida para análise. Observa-se um furo cujo final encontra-se na região intermediária entre o munhão e moente.

A superfície de fratura apresenta marcas de praia caracterizando ruptura por fadiga. Aumentos: 0,5 e 0,6x, respectivamente.




ANÁLISE VISUAL E EM LUPA DE BAIXO AUMENTO DA FRATURA

Indicou que a fratura ocorrera por fadiga → presença de marcas de praia

A fratura nucleou ao final de um furo realizado no meio da palma




O final deste furo coincidiu com a região intermediária entre o munhão e o moente sendo que o acabamento interno deste furo apresentava-se grosseiro.

Figura 4 – Imagem mostrando a dobra (rebarba) localizada no ponto de início da falha. Pode ser observada a presença de outras dobras e arranhões profundos criados no processo de furação. Aumento: 10x.




ANÁLISE DA FRATURA NO MEV

Objetivo:

verificar os micromecanismos de fratura e o exato ponto de início da falha.

Pôde ser observado que a fratura iniciou exatamente numa dobra (rebarba) oriunda do processo de furação, evidenciado pelas linhas radiais divergindo deste ponto.




Não foi possível identificar os micromecanismos de fratura devido ao grande amassamento da superfície fadigada.




ANÁLISE DA MICROESTRUTURA E ENSAIO DE DUREZA

Após identificação do ponto inicial da falha foi retirada uma seção transversal para realização de uma análise metalográfica com o objetivo de identificar alguma alteração microestrutural.

A microestrutura do componente apresentou-se bainítica e martensítica revenida na maior parte do componente.




Na pista de contato dos munhões e moentes a microestrutura apresentou-semartensítica revenida




Foi observado, no ponto de início da Falha (final do furo), uma região com a presença de martensita, oriunda de um aquecimento elevado no processo de furação.

Foram realizados ensaios de microdureza Vickers nas regiões do núcleo e camada temperada e, especificamente, na região de martensita localizada no início da falha. Os ensaios resultaram em uma média de 220 HV no núcleo, 507 HV na camada temperada e, na região de início d falha (queima), 451 HV, comprovando a presença de formação martensítica.




DISCUSSÃO DE RESULTADOS

A fratura foi por fadiga e iniciou em um único ponto onde ocorreu aquecimentoexcessivo no processo de furação, transformando a microestrutura desta região em martensita.

Esta microestrutura é caracterizada por ter alta dureza (veja que a dureza é similar àquela da camada temperada) e baixa tenacidade.

Estes dois fatores propiciaram a nucleação do processo de fadiga que depois propagou por uma grande seção resistente (cerca de 80%) até que ocorresse a ruptura final.




Um único ponto de nucleação associado a uma extensa região de propagação, indicam que a fadiga foi sob baixa tensão, ou seja, neste plano de fratura a tensão em serviço é baixa, não sendo sequer a região prevista para a falha de tal componente.

Com efeito, ela só ocorre devido a presença de dois fatores de concentração de tensões ditos anteriormente.

Os dois fatores estão associados à usinagem profunda do furo, pois isto determina maior flexão (vibração) da ponta da broca e menor acesso do líquido de refrigeração.

Sendo assim, além de piorar o acabamento, é possível ocorrer super aquecimento localizado que elevam a temperatura com subseqüente resfriamento rápido, transformando localmente a microestrutura de uma condição estável para outra mais tensionada (martensita) onde as trincas e a nucleação de fadiga são eminentes.




CONCLUSÃO

A falha ocorreu por fadiga devido ao grosseiro acabamento e à queima localizada provocados no processo de furação.




REFERÊNCIAS

1. Cassou, C. A., "Metodologia de Análise de Falha", Dissertação de Mestrado, PPGEM,UFRGS, 1999.

2. Metals Handbook, "Fadigue Analysis and Prevention", 9 th edition, ASM 1986.

3. NISHIDA, S., "Failure Analysis in Engineering Aplications", Butterworth-Heinemann,great Britain, 1992.

4. BROOKS, C. R., “Metallurgical Failure Analysis”, Volume 7, Mcgraw-Hill, New York,1993.

5. HERTZBERG, R. W., “Deformation and Fracture Mechanics of Engineering Materials”, 3rd edition, John Wiley & Sons, New York, 1989.

6. Society for Experimental Mechanical, Handbook of Measurement of Residual Stresses, Lilburn: The Fairmont Press, Inc., USA, 1996.

Análise de Fratura em virabrequim

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