Universidade de São Paulo Escola Politécnica Depto. Eng. Metalúrgica e de Materiais. Curso de análise de falhas 1 Cesar R. F.

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Curso de análise de falhas

1 Cesar R. F. Azevedo – aula 05

Escola Politécnica

Depto. Eng. Metalúrgica e de Materiais

aula

aula 6

6 curso de análise de falhas:

curso de análise de falhas:

desgaste

Desgaste: remoção indesejável de material de superfícies de

contato por ação mecânica...

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Escola Politécnica

Desgaste

Tribology is the science and technology of

interacting surfaces in relative motion.

It includes the study and application of the

principles 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'.

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Curso de análise de falhas

3 Cesar R. F. Azevedo – aula 05

Escola Politécnica

Desgaste

Wear is not a materials property but a system

characteristic or phenomenon.

Materials

wear

differently

in

different

wear

situations.

Different materials wear differently in the same

situation.

It is necessary to examine and characterize a

number of different parameters, not simply the worn

part.

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Escola Politécnica

Desgaste

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

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Curso de análise de falhas

5 Cesar R. F. Azevedo – aula 05

Escola Politécnica

Desgaste

The term abrasive wear is used to describe

situations where the principal cause of the wear is

scratching or cutting by abrasive particles.

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Universidade de São Paulo Escola Politécnica

Desgaste

Increasing E/σy (or decreasing hardness) favors a

plowing mechanism, in which a high proportion

of material is deformed.

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Curso de análise de falhas

7 Cesar R. F. Azevedo – aula 05

Desgaste

Decreasing E/σy (or increasing hardness) favors

a cutting mechanism, in which a high proportion

of material is removed as microchips.

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Escola Politécnica

Desgaste

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Curso de análise de falhas

9 Cesar R. F. Azevedo – aula 05

Escola Politécnica

Desgaste

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Escola Politécnica

Desgaste

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Curso de análise de falhas

11 Cesar R. F. Azevedo – aula 05

Escola Politécnica

Desgaste

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Escola Politécnica

Desgaste

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Curso de análise de falhas

13 Cesar R. F. Azevedo – aula 05

Escola Politécnica

Desgaste 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.

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Escola Politécnica

Desgaste

Palheta 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]

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Curso de análise de falhas

15 Cesar R. F. Azevedo – aula 05

Escola Politécnica

Desgaste e fadiga

Palheta turbina a vapor

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Escola Politécnica

Desgaste e fadiga

Palheta turbina a vapor

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Curso de análise de falhas

17 Cesar R. F. Azevedo – aula 05

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Desgaste

Palheta turbina a vapor

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Escola Politécnica

Desgaste

Palheta turbina a vapor

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Curso de análise de falhas

19 Cesar R. F. Azevedo – aula 05

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Desgaste

More than one type of mechanism can be involved

in a wear situation. Individual mechanisms can

interact sequentially to form a more complex wear

process.

However,

one

mechanism

generally

is

the

controlling and primary mechanism.

Materials can exhibit transitions in wear behavior as

a result of changes in other operational parameters,

such as load, velocity, and friction.

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Escola Politécnica

Conclusions

• Wear failures occur because of the sensitivity of

a material or system to the surface changes

caused by wear.

• Typically, it is the geometrical or profile aspects

of these changes, such as

a dimensional

change, a change in shape, or residual thickness

of a coating, that defines failure.

• However, a change in appearance and the

nature of the wear damage also can be causes

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Curso de análise de falhas

21 Cesar R. F. Azevedo – aula 05

Fadiga de contato

• Hertzian contact stress refers to the

localized stresses that develop as two

curved surfaces come in contact and

deform under the imposed loads.

• These contact stresses are cyclic in nature

and over time lead to sub-surface fatigue

cracks.

Heinrich Rudolf Hertz

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Curso de análise de falhas

23 Cesar R. F. Azevedo – aula 05

Escola Politécnica

Fadiga de contato

Fig. 11. Applied shear stress and material shear strength as a function of depth

representing: no contact fatigue damage (right). subsurface- origin contact

fatigue damage by the presence of microstructural stress raiser (centre) and

sub-surface-origin contact fatigue damage by the occurrence of thin case depth (left).

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Fadiga de contato

Sub-superficial: rolamento puro

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Curso de análise de falhas

25 Cesar R. F. Azevedo – aula 05

Fig. 3 Stress distribution in contacting surfaces due to rolling, sliding, and

combined effect

Fadiga de contato

The higher the tangential force

or traction, the more likely will

be surface-generated contact

fatigue.

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Curso de análise de falhas

27 Cesar R. F. Azevedo – aula 05

Escola Politécnica

• Aplicações: estruturas de conversão de energia,

como turbinas, reatores, trocadores de calor

• Fluência:

ε

= f (σ) em baixa temperatura

ε

= f (σ, t, T) em alta temperatura

• Fadiga: redução de σ com T

• Fadiga térmica: ciclagem térmica induzindo σ

Falhas em alta temperatura

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Escola Politécnica

• Instabilidade microestrutural: termodinânima e

cinética de transformação de fases. Intermetálicos:

ordem desordem

• Reação com o meio: oxidação, sulfetação. Pode

induzir trincas ou alterar coeficientes de troca de

calor….

• Sobrecarga

Falhas em alta temperatura

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Curso de análise de falhas

29 Cesar R. F. Azevedo – aula 05

Escola Politécnica

• Fluência (T > 0.3* Tf):

• Por discordância

• Por difusão

Difusão libera discordâncias de obstáculos, cuja

movimentação leva à fluência.

Falhas em alta temperatura

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Falhas em alta temperatura

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Curso de análise de falhas

31 Cesar R. F. Azevedo – aula 05

Escola Politécnica

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Escola Politécnica

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Curso de análise de falhas

33 Cesar R. F. Azevedo – aula 05

Falhas em alta temperatura

Como evitar fluência?

Material de alto ponto de fusão;

Maximizar número de barreiras à movimentação de discordâncias

(precipitados estáveis e soluções sólidas;

Tamanho de grão grande : minimizar difusão em CG

Imobilizar contornos de grão com precipitados

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Corrosão intergranular

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Curso de análise de falhas

35 Cesar R. F. Azevedo – aula 05

Corrosão sob tensão

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Escola Politécnica

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Curso de análise de falhas

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