Conceitos de Falha Em Equipamentos

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.

FATECFaculdade de Tecnologia de Osasco

CONTEÚDO PROGRAMÁTICO:

1. Definição teórica;

2. Desenvolvimento de uma aplicação pratica;

3. Comparativo de resultados;

4. Conclusão com a evolução do conceito.


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.


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:



1.3.1 Quando um equipamento fica completamente inutilizado segundo a figura 1 abaixo;

Figura 1.1: Equipamento sem a roda dianteira


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


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


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


Exemplo: Misturador industrial de carnes, segundo a figura 2.1

Figura 2.1: Misturador industrial de carnes


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


2.3 Analise química

Dureza superficial: 53 a 54 HRC Dureza do núcleo: 47 HRC

Material: SAE 4140

2.4 Microestrutura do material


Conforme a figura 2.3, verifica-se a presença de inclusoes não metalicas no material (óxidos e sulfetos).

Figura 2.3: Microestrutura sem ataque


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


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


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.


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.


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


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.


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


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.


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.


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


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.

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