Conceitos de Falha Em Equipamentos

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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.