Fase Sigma (σ)

A corrosão é um problema preocupante nas instalações de processamento de petróleo ao redor do mundo. Atuar na metalurgia dos materiais empregados na construção de equipamentos, através da adequação das ligas, é uma solução interessante. Neste contexto, os aços inoxidáveis com alta resistência à corrosão por pites e, mais especificamente, os aços com teor de molibdênio superior a 2,5% são mais adequados em um ambiente que envolva ácidos inerentes ao processo de refinamento de petróleo.

Podemos citar como exemplo  o AISI 317L (Aço Inoxidável Austenítico ao Molibdênio) com

 0,03% de C, 2% de Mn, 0,75 % de Si, 18 a 20% de Cr, 11 a 15% de  Ni e 3 a 4% de Mo (valores segundo a norma ASTM A240 /240M)

Micrografia da ZAC do aço AISI 316L

mostrando a presença de fase sigma.

Ataque químico com o regente Marble.

Entretanto, a “proteção” promovida pelo molibdênio nos aços inoxidáveis, o seu uso  na indústria esbarra em problemas de ordem metalúrgica, como por exemplo, a formação de uma quantidade considerável de ferrita-σ em condições de fabricação, principalmente durante a soldagem. A própria ferrita-σ pode ter um efeito negativo nas propriedades dos aços inoxidáveis austenítico, como é o caso para resistência a corrosão. Ainda mais grave é a sua composição para as fases intermetálicas frágeis, sendo a fase sigma a de maior preocupação.

Por isso, estudar a cinética da precipitação da fase-σ (Fe-Cr e Fe-Cr-Ni )e sua influência nas propriedades dos aços austeníticos, em todos os seus aspectos, é de particular interesse no projeto e análise de integridade  na operação de equipamentos na indústria de petróleo.

Morfologia do trincamento na Zona Afetada pelo Calor (ZAC) 

de uma solda de aço AISI 347. A trinca é intergranular e 

segue através de uma fina redede fase sigma(σ).

A fase sigma (σ ) é um composto com estrutura cristalina tetragonal de corpo centrado (TCC) com 30 átomos por célula unitária. É uma fase rica em elementos estabilizadores de ferrita (basicamente CR, Mo e Si), fazendo com que a formação da mesma nos aços com ferrita σ se dê basicamente a partir da ferrita. Além disso, a difusão de elementos formadores de fase-σ, particularmente cromo (Cr), é 100 vezes mais rápida na ferrita que na austenita, fato esse que acelera sua formação. A precipitação dessa fase se inicia nos contornos de grão ou nas regiões de interface e é intensificada pela exposição à temperaturas da ordem de 700 a 900°C (alguns autores sugerem acima de 540°C). Adições de tungstênio, vanádio, titânio e nióbio também promovem a formação da fase- σ. Sua formação nos aços inoxidáveis austenítico ocorre com o comprometimento da resistência à corrosão devido ao empobrecimento do Cr e do Mo presente ao redor da fase-σ  formada na matriz. Quando precipitada no aço, a fase-σ compromete sua tenacidade e ductilidade (fragilidade a baixa temperatura < 270^oC), resultando em falhas frágeis nos equipamentos muitas vezes em operação. Ela se apresenta ao longo do contorno de grãos em forma de precipitado rendilhado contínuo, duro e quebradiço.

Micrografia do aço UNS N08637 mostrando a formação de bandade precipitação de fase (σ)
 formada no resfriamento do material a partir da solidificação.

Os materiais mais afetados são os aços inoxidáveis com teor de Cr > 15%, e  Ni < 35% e com adição de Mo, um ferritizante,  aumenta a susceptibilidade. O AISI 304 é praticamente imune a fase sigma já que não possui Mo e o teor de Ni é baixo.

A detecção do dano é difícil já que sua morfologia somente é percebida com a formação de micro precipitados (fase sigma). Em casos extremos e em um estágio avançado, surgem trincas próximas as soldas e em regiões tensionadas.

A melhor forma de prevenir a fase sigma é trabalhar abaixo do limite de temperatura, controlar a % de ferrita (<4%) durante soldagem. Pode ser solubilizado através de tratamento térmico em 1070 ^oC a 4 horas.

O monitoramento pode ser feita através da metalografia, testes de impacto e de dureza.

Fonte:

ESTUDO COMPARATIVO QUANTO A RESISTÊNCIA À CORROSÃO ENTRE AÇOS INOXIDÁVEIS UTILIZADOS EM TROCADORES DE CALOR por Leonardo Paiva Sanches. 

Projeto Final do Curso Engenharia Metalúrgica

pela Universidade Federal do Rio de Janeiro, 2009.

ESTUDO DA FORMAÇÃO DA FASE SIGMA EM AÇOS INOXIDÁVEIS AUSTENÍTICOS

por Rafael Carlos Ferreira 

Dissertação para obtenção do título de Mestre em Engenharia. Especialidade: Inspeção de Equipamentos pela Universidade Federal do Rio Grande do Sul, 2009.

Explanação e anotações das aulas do professor Luiz Antonio Bereta na

disciplina Causas de Deterioração de Equipamentos, da Equipe de Formação de Inspetores – EFI / SINDIPETRO-LP.

TENDÊNCIAS ATUAIS NA INSPEÇÃO EM EQUIPAMENTOS ESTÁTICOS

Para quem lida na área de Inspeção de Equipamentos em unidades industriais é muito fácil entender qual a real importância do seu trabalho. Na maioria das vezes, quando nada de extraordinário acontece em uma instalação industrial, é porque se está colhendo os frutos do trabalho bem feito da Inspeção. Entretanto, não podemos esquecer que este trabalho pode gerar interferências na produção e custos para a manutenção, e por isso deve ser amplamente discutido e seus benefícios divulgados.

As exigências do Brasil de hoje são crescentes, tanto pela necessidade da obtenção de resultados, quanto pela redução dos custos de operação. Temos de fazer mais e melhor que os padrões anteriores, por um custo cada vez menor. Para esta equação, só há uma solução: o emprego do conhecimento e tecnologia.

Devemos tomar como ponto de partida para a elaboração de um programa de inspeção, os mecanismos de danos atuantes em cada equipamento.

Dispomos de suficiente conhecimento para determinar, antecipadamente, quais os mecanismos de danos que estarão atuando em um determinado equipamento e em quais situações. Exemplos disso são dois documentos publicados em 2000 pelo API – American Petroleum Institute: API 579 (“Adequação ao Uso”) e API 580 (“Inspeção Baseada em Risco”), que caminham na direção da identificação, quantificação e avaliação dos mecanismos de danos em equipamentos industriais.

Os mecanismos de danos são geradores de deteriorações. Mecanismos distintos  apresentam danos distintos e técnicas adequadas de ensaios devem ser utilizadas com o equipamento em suas condições de serviço ou com o equipamento parado na temperatura ambiente. O ideal seria efetuar toda a avaliação dos equipamentos em operação normal, para evitar interferências operacionais, excesso de demandas durante as paradas e principalmente para avalia-lo na mesma condição em que o mecanismo de deterioração está presente.

Os recursos de inspeção disponíveis são limitados, e as pressões para as respostas com o menor tempo e custo, nos obrigam a fazer uma outra indagação: o quanto é preciso inspecionar para ter a garantia de identificar a presença do um mecanismo de dano? Existem mecanismos de danos que por sua característica localizada, exige amostragens maiores, às vezes inspeções completas. Outros mecanismos, pela sua característica generalizada, podem ser facilmente identificados pela inspeção amostral.

A definição dos tamanhos das amostras tem implicação com os riscos de não serem identificados (ou corretamente mensurados) os danos que possuam uma grande variação de intensidade. Por isso, os critérios para a aplicação da inspeção amostral devem ser cuidadosamente avaliados. Quanto maior a amostragem, maior o valor da efetividade da inspeção, e vice-versa. Um aspecto muito importante a ser avaliado nessa questão é o amparo da tecnologia através da escolha de ensaios-não-destrutivos que, por sua natureza, fornecem informações mais amplas e completas com pouco esforço despendido.

Das questões a serem respondidas, esta é a mais difícil! Trata dos prazos entre inspeções subseqüentes, que tem implicações com paradas, previsão de vida remanescente, disponibilidade de recursos e orçamentos.

Na determinação do “quando inspecionar” é necessário a quantificação dos danos, e comparação com as tolerâncias existentes. Existem alguns métodos utilizados para a determinação do “quando inspecionar”. Um critério amplo é o de avaliação da confiabilidade do equipamento contido na metodologia de Inspeção Baseada em Risco (IBR). Esta metodologia foi apresentada pelo API em recente publicação (BRD 581), e orienta os esforços da inspeção para os equipamentos que apresentam maior risco de falhar. O risco aqui considerado é o produto da probabilidade de falha de um componente pelo valor da conseqüência da falha (somatório das conseqüências patrimonial, aos negócios, ambiental e pessoal). Quanto maior o risco, ou quanto mais rapidamente o risco cresce, mais atenção deverá demandar o equipamento e as suas inspeções mais frequentes. Assim, os prazos entre inspeções serão variáveis, e dependerão exclusivamente do quanto se sabe (ou não se sabe) sobre um equipamento. Este critério está sendo largamente empregado no mundo para otimizar os trabalhos da inspeção. Importante: o termo otimizar deve ser entendido na forma literal, não apenas como “reduzir”. O que acontece, na prática, é que o critério da IBR obriga a uma avaliação mais apurada dos equipamentos, e os prazos de inspeção que antes eram regidos por tabelas, passam a ser regidos pelo que se sabe do equipamento e os mecanismos de danos atuantes. Em termos conceituais, a IBR torna a inspeção menos preventiva e mais preditiva.

Associado aos conceitos e referências descritas, é importante que o profissional de Inspeção raciocine em termos de oportunidade de realizar a avaliação dos equipamentos. Por que concentrar as inspeções durante as paradas uma vez que estão disponíveis técnicas de monitoramento em serviço? Inspeção é uma atividade contínua e não pode ser concentrada nas paradas, especialmente nos dias atuais em que os intervalos entre paradas estão cada vez maiores, assim como os prazos legais de re-inspeção para aquelas empresas que possuem serviço próprio de inspeção, conforme NR-13. Diante deste panorama é fundamental que o profissional de inspeção desenvolva métodos de controle em serviço, não só para garantir integridade dos equipamentos, mas também para manter uma rotina de atividade preditiva.

TENDÊNCIAS ATUAIS

A união do conhecimento e tecnologia, aplicados em favor dos trabalhos de inspeção de equipamentos, está promovendo um futuro bastante promissor. Este futuro está traçado e sendo conduzido pelas demandas da própria indústria, que constantemente vem buscando otimização na seguinte direção:

-          redução de interferências operacionais;

-          aumento de campanhas;

-          redução de custos;

-          redução dos prazos de parada;

-          aumento da confiabilidade dos equipamentos.

Hoje são requeridos maiores cuidados com meio ambiente e saúde, fortes demandas sociais, que estão afetando e redirecionado as práticas atuais de inspeção.

Fonte:

www.ibp.org.br

Texto:

Pedro Feres Filho - (pedro@pasa.com.br)

Jorge dos Santos Pereira   (pasa.ne@pasa.com.br)
da Physical Acoustics South America - PASA

Caso 061: Acidente Durante Teste Pneumático.

Ainda que as falhas em conexões roscadas sejam raras, elas podem e vão ocorrer. Conexões roscadas podem ser pontos fracos, especialmente se as roscas estiverem corroídas, espanadas, ou se a conexão roscada não estiver completamente roscada.

Esses problemas geralmente estão fora de nossas vistas e detectar esses problemas somente é possível muitas vezes quando os equipamentos são desmontados e todas as roscas inspecionadas.

No acidente abaixo foi considerado sério já que feriu um inspetor que estava acompanhando o teste pneumático.

 A OCORRÊNCIA

O equipamento estava sendo submetido a um teste de pressão a aproximadamente 5.000 psig (cerca de 34,5 Mpa).    Durante o teste, dois inspetores faziam  verificação a procura de vazamentos. Sem aviso prévio, um poço de termopar de 3/4” rompeu na conexão roscada e a força que foi submetido fez com que ele separasse do equipamento a uma velocidade muito alta, atingindo um dos inspetores na perna que estava em pé bem a frente do poço termopar, causando-lhe um ferimento muito sério.

A força exercida no poço do termopar foi de aproximadamente 2 toneladas, lançando-o a uma velocidade de cerca de 140 km/h.

AÇÕES IMPORTANTES PARA A  INSPEÇÃO

Sempre que um equipamento  com conexões roscadas for desmontado, inspecione todas as roscas em ambos os lados procurando por sinais de corrosão, roscas espanadas, sinais de rosqueamento cruzado, etc.  Se for detectado algum problema, faça os reparos necessários antes de submeter a conexão à pressão. Essa conexão  “avariada” torna-se o ponto fraco do seu sistema.

Durante a elevação da pressão no equipamento procure manter-se a uma distância segura, ou atrás de barreiras, até que a pressão final seja alcançada.

RECOMENDAÇÕES

Conexões roscadas podem ter  “soldas de salvaguarda” aumentando assim a resistência geral da conexão. A desvantagem é que a conexão não poderá se desmontada tão facilmente.

Em sistemas com presença significativa de corrosão, opte por conexões flangeadas que geralmente, são melhores que as conexões roscadas. "Outra alternativa para facilitar a manutenabilidade."

OBS: Antes de qualquer mudança significativa em um equipamento, o bom senso e a boa prática nos leva geralmente a uma consulta técnica ao fabricante do equipamento.

Fonte:

Center for Chemical Process Safety – CCPS 

Caso 060: Aviões Comet – Falhas por Fadiga (1952/1954).

Em geral, os fabricantes especificam o produto para suportar esforços abaixo do limite elástico, estes ensaiam os materiais, controlam o processo de produção e tomam todos os cuidados para que o produto não apresente qualquer problema. Apesar de todas essas precauções, é possível que, após algum tempo de uso normal, de repente, sem aviso prévio e sem motivo aparente, o produto simplesmente venha a falhar. Essa falha é típica de um fenômeno chamado fadiga. Não foi diferente com as aeronaves COMET que começaram a cair como moscas, sem motivo aparente. 

A fadiga de materiais começou a se tornar séria quando ela provocou esses acidentes aeronáuticos.  Na alvorada da era do jato comercial, o pioneiro de Haviland Comet tinha cabine pressurizada para manter o nível de oxigênio e o controle de temperatura. Essa pressurização era feita durante o voo antes de alcançar altitudes elevadas e despressurizado antes  do pouso. Como uma bola de balão inflável, sistematicamente a estrutura era  inflada e desinflada a cada voo, exigindo da estrutura e fuselagem resistência tanto pela dilatação oriunda da pressurização como ainda dos esforços aerodinâmicos.

O De Havilland Comet, ou simplesmente Comet, de origem inglesa, foi o primeiro avião comercial propulsionado por motores a jato fabricado no mundo. Com quatro reatores na raiz de suas asas, o Comet começou a operar em 1952 pela companhia aérea inglesa BOAC. Foi um grande sucesso, pois voava com o dobro da velocidade dos seus concorrentes da época, porém, com um enorme consumo de combustível, suas rotas eram curtas. Entretanto, em 2 de maio de 1953, exatamente um ano após o início dos voos regulares com os Comet, a aeronave da BOAC de prefixo G-ALYV, decolou de Calcutá, Índia e explodiu, sem aviso, sobre o mar. Após breve investigação, os Comets continuaram a voar e de fato o fizeram, sem maiores complicações por oito meses, até as 10h30 da manhã do dia 10 de janeiro de 1954, inesperadamente, o Comet G-ALYP, que havia decolado de Roma se desintegrou enquanto sobrevoava o mar, perto da Ilha de Elba, matando seus trinta e cinco ocupantes. 

Voo inaugural do COMET.

Os voos foram suspensos por algum tempo, mas assim que foram retomados, outra aeronave se despedaçou em pleno ar, novamente matando todos os ocupantes. Os navios de salvamento da Marinha Real Britânica foram enviados ao local do primeiro acidente para resgatar as peças do avião que estavam submersas, já que o segundo acidente aconteceu sobre águas profundas, resgatando dos terços das peças. Os destroços foram, então, enviados a Farnborough, Inglaterra onde o Comet acidentado foi cuidadosamente remontado, utilizando-se peças novas no lugar das que não foram resgatadas do avião acidentado.

Um outro Comet foi colocado em um tanque com água, para simular a mesma situação de diferença de pressão atmosférica e desgaste de material (VEJA O VÍDEO ABAIXO).

O VÍDEO ABAIXO É BEM DIDÁTICO PARA ENTENDER

O QUE OCORRIA COM OS COMET’s  NA DÉCADA DE 1950

OBSERVAÇÃO:

Até então a maioria dos aviões da época voavam a baixas altitudes, onde a pressão atmosférica era semelhante à da superfície da Terra. Porém, os aviões a jatos necessitam voar a uma altitude muito grande para evitar turbulências e tempestade, onde a pressão atmosférica é mínima. Como o ser humano não consegue ficar consciente com uma pressão muito baixa, os aviões a jato precisam ter um sistema que deixe a pressão dentro do avião bem maior que a de fora.

Descobriu-se finalmente que os projetistas não tinham preparado a estrutura para ser usada com essa diferença de pressão, logo os aviões eram verdadeiras “bombas” voadoras. Bastou uma rachadura no teto do primeiro Comet acidentado para que ele se desintegrasse em pleno voo. Neste caso do Comet G-ALYP resgatado do fundo do mar, a rachadura havia se iniciado onde a superfície metálica fora cortada em retângulo, para a instalação de uma antena de ADF (Automatic Direction Finding). Também as janelas dos primeiros Comet eram quadradas. As janelas era um erro de projeto o que criava pontos de tensão nas extremidades. 

Os erros de projeto cometidos no Comet tiveram pelo menos uma consequência positiva. Depois deles (final da década de 1950), todos os jatos comerciais já saíram das pranchetas com janelas arredondadas, para eliminar pontos de tensão que pudessem causar a fadiga e o rompimento brusco da fuselagem.

CAUSAS

Causa Imediata: ruptura abruta do material por fadiga mecânica, devido concentração de tensões em cantos vivos na fuselagem do avião.

Causa Básica: desconhecimento do mecanismo de fadiga dos materiais levando ao erro de projeto da aeronave.

SURGE A INSPEÇÃO SISTEMÁTICA NA AVIAÇÃO

A estrutura da aeronave é, deve ser projetado para sustentar danos estruturais sem comprometer a segurança do avião  até um tamanho crítico de danos.

Esses danos devem ser detectados facilmente por inspeção visual entre voos. Todas as inspeções são feitas baseados em cálculos de propagação de trincas que garantem que uma trinca observada não é suscetível a crescer até o tamanho crítico entre dois ciclos de inspeção, onde neste momento se for crítico, será reparada adequadamente .

Os END’s mais utilizados para verificação  do problema são: Líquido Penetrante, Partículas Magnéticas, Ultra-som e Radiografia.

O aço comercial AISI 4340 é amplamente utilizados na indústria aeronáutica e espacial por combinarem resistência e tenacidade, podendo trabalhar nos mais variados tipos e níveis de solicitações. Ele tem elevados valores dos limites de escoamento e resistência à tração.

Esse COMET, hoje peça de museu, é da segunda geração de Comet's que foram
fabricados com a janelas arredondas. Porém, não bastou. O nome desgastado da
empresa pelos acidentes, tirou-a do ramo da aviação.

CASO RECENTE (nem tanto assim...)

Em 28 de abril de 1988, o Boeing 737 da Aloha Airlines decolou do aeroporto da cidade de Hilo, no arquipélago do Havaí, em uma breve viagem de rotina até Honolulu, numa ilha próxima. Alguns dos noventa passageiros reclamaram um pouco da turbulência no início do voo, mas, minutos depois, o sinal luminoso mandava manter os cintos de segurança atados (isso salvou vidas). Pois, assim que o avião, com dezenove anos de uso, nivelou a 7 000 metros, a altitude prevista de voo, ouviu-se um forte estrondo e, subitamente, o teto da primeira classe desapareceu no ar deixando um rombo de 6 metros na fuselagem acima e ao lado da fileira de assentos. 

 Boeing 737 da Aloha Airlines logo após o acidente.

Quase no mesmo instante, uma comissária, de pé no corredor, foi sugada para fora. O número de vítimas poderia ter sido maior, não fosse a perícia do piloto em fazer um pouso de emergência num aeroporto próximo; todos os passageiros e o restante da tripulação se salvaram.

Evacuação da aeronave após pouso bem sucedido (quase um milagre).

A investigação apontou que a causa do acidente foi uma combinação de corrosão e fadiga das partes mecânicas da aeronave, que tinha 19 anos de uso e mais de 89 mil voos registrados.

Após o acidente, a empresa iniciou um programa de fiscalização e inspeção das aeronaves para verificar a manutenção dos aviões com muitas horas de voo.

Leia no ainda no BLOG complementando o assunto:

FALHA POR FADIGA

FRATURADOS MATERIAIS (FRÁGIL E DÚCTIL)

Fontes:

http://super.abril.com.br/

http://hangardeplastico.net/

http://aerospaceengineeringblog.com/

http://culturaaeronautica.blogspot.com.br/

Enciclopédia Descobrir, Editora Globo, 1990.

Explanação e anotações das aulas do professor Maurício de Oliveira na

disciplina Ensaios Mecânicos da Equipe de Formação de Industrial – EFI / SINDIPETRO-LP.

Falha por Fadiga

A maioria das falhas em máquinas ocorrem devido a cargas que variam no tempo, e não a esforços estáticos. Essas falhas ocorrem, tipicamente, em níveis de tensão significativamente inferiores aos valores da resistência ao escoamento dos materiais. Assim, quando estão envolvidos carregamentos dinâmicos, as teorias de falha para carregamentos estáticos podem levar a projetos sem segurança.

A figura ao lado, mostra uma fratura por fadiga de um parafuso, causada por flexão repetida, unidirecional. O ponto A indica o início da trinca que se propagou, deixando “marcas de praia”, indicada pelo ponto B e finalmente o ponto C indicando a região final da fratura.

As falhas por fadiga sempre têm início com uma pequena trinca, pré-existente pela manufatura do material ou que se desenvolveu ao longo do tempo, pelas deformações cíclicas, ao redor dos pontos de concentração de tensões.

A falha por fadiga é geralmente de natureza frágil mesmo em materiais dúcteis e a fratura ou rompimento do material geralmente ocorre com a formação e propagação de uma trinca que se inicia em pontos onde há imperfeição estrutural ou de composição e/ou de alta concentração de tensões (que ocorre geralmente na superfície). A superfície da fratura é geralmente perpendicular à direção da tensão à qual o material foi submetido. Os esforços alternados que podem levar à fadiga podem ser: Tração, tração e compressão, flexão e torção.

Portanto, é fundamental que o projeto de peças dinamicamente carregadas, sejam elaborados de modo a minimizar a concentração de tensões.

Estágios na Falha por Fadiga:

Costuma-se dividir o processo de fadiga em três ciclos:

Estágio I (Nucleação / Início da Trinca): Corresponde à nucleação da trinca por deformação plástica localizada e o seu crescimento inicial, ao longo de planos de escorregamento, sob a influência de tensões de cisalhamento. As trincas começam a se nuclear e a se propagar por planos orientados a aproximadamente 45° do eixo de tensão. O crescimento das trincas neste estágio é da ordem de micrometros por ciclo. Uma vez iniciada, a trinca se propaga nos correspondentes planos cristalográficos até encontrar contornos de grão. Este estágio NÃO é visível a olho nu na superfície da fratura, pois normalmente não se estende por mais de 2 a 5 grãos. Pode corresponder de 0% a 90% do número total de ciclos que o componente suporta antes de fraturar. A presença de entalhes e altas tensões localizadas reduz a duração deste estágio. Ocorre devido a imperfeições, partículas, inclusões, etc. (em escala microscópica os metais não são homogêneos e isotrópicos) e pontos de concentração de tensão, que contenha uma componente de tensão de tração. Pode ter uma pequena duração para o seu início;

Estágio II (Propagação): Corresponde ao crescimento da trinca num plano perpendicular à direção da tensão principal de tração. A transição do estágio I para o estágio II se dá através da formação de numerosos degraus, também não visíveis a olho nu. Já a fratura no estágio II é sempre visível, pode corresponder à maior parte da área da fratura e é a mais característica do processo de fadiga. A propagação se dá em uma direção perpendicular ao eixo de tensão. Neste estágio, a trinca normalmente apresenta estrias características, visíveis apenas ao microscópio eletrônico, que correspondem às posições da frente de propagação nos vários ciclos de tensões.

Estrias de fadiga: microscopia

Já no aspecto macrográfico a fratura apresenta as chamadas marcas de praia, produzidas devido a alterações no ciclo de tensões, seja no valor ou na frequência de aplicação das tensões; paradas intermediárias também podem produzir estas marcas. As marcas de praia podem se apresentar nítidas, ocupando área considerável na superfície de fratura, ou pequena área e podem ser difíceis de distinguir em consequência do escorregamento entre as superfícies ou de solicitação moderada. 

Fratura por fadiga mostrando marcas de praia.

Em ligas de alumínio de alta resistência a superfície de fadiga pode ser facilmente confundida com fratura frágil. As marcas de praia não se formam quando não há alteração no ciclo de tensões. É o que se observa em corpos de prova fraturados em laboratório sob ciclo constante. Envolve o maior tempo de vida da peça e se houver a presença de corrosão sua velocidade irá aumentar (na corrosão sob fadiga, a trinca aumenta até mesmo sob carregamento estático);

Parede de tubo em contato com ambiente corrosivo

 rompido depois de repetidos ciclos de pressurização.

Estágio III (Falha catastrófica): Corresponde à fratura brusca final que ocorre no último ciclo de tensões quando a trinca desenvolvida progressivamente atinge o tamanho crítico para propagação instável. Assim, a área da fratura desenvolvida progressivamente depende das tensões aplicadas e da tenacidade do material. Em princípio é possível que o material se deforme antes da ruptura final, mas normalmente as fraturas de fadiga são macroscopicamente “frágeis”, ou seja, não apresentam deformações macroscópicas.

Aspectos a ressaltar na fratura por fadiga.

• A área ocupada pela região de fratura brusca final diminui com o aumento da tensão para o mesmo material;
• Múltiplos pontos de nucleação indicam severa concentração de tensões; isto é mais nitidamente observado quando as tensões são elevadas. Estas múltiplas frentes eventualmente se unem à medida que as trincas se propagam. Antes de constituirem uma única frente, as trincas são separadas por degraus, constituindo um aspecto característico conhecido como marcas de catraca;
• A trinca avança mais nas regiões de maior triaxialidade de tensões, adquirindo por isso uma forma convexa (exemplo: high stress, no stress concentration, tension); quando a região de maior triaxialidade é deslocada para a periferia, devido a entalhe, a frente da trinca pode adquirir a forma de M (high stress, mild concentration, tension) ou inverter completamente a curvatura, que passa a côncava (low stress, severe concentration, tension);
• A diferença entre o aspecto das fraturas resultantes de flexão unidirecional e tração é basicamente a localização do início da trinca, que no primeiro caso corresponde à fibra externa mais solicitada a tração;
• Em flexão bidirecional a zona de fratura brusca final é central quando a solicitação máxima for a mesma em ambos os sentidos;
• Em flexão-rotação o centro de curvatura da frente de propagação se desloca em sentido contrário ao da rotação do eixo e a zona de fratura final tende a se deslocar para o centro com o aumento da tensão;
• Em torsão unidirecional a fratura tende a se propagar a 45º com o eixo de torção, formando superfícies em hélice, como é típico em molas helicoidais. Quando a torção é bidirecional a fratura se mantém no plano normal ao eixo com degraus tipo dente de serra;
• Em flexão unidirecional de eixos engastados a fratura tende a se propagar para dentro do engastamento.

REPRESENTAÇÃO ESQUEMÁTICA DA FRATURA

Fonte:

Explanação e anotações das aulas dos professores Maurício de Oliveira na 

disciplina Ensaios Mecânicos da Equipe de Formação de Inspetores – EFI / SINDIPETRO-LP.

Notas de Aula do Prof. Gilfran Milfont / Falhas por Fadiga.