Fadiga –––– Curva S-N Tensão versus número de ciclos necessários para a fratura

Curvas obtidas a partir de ensaios de flexão alternada (σm=0)

Fadiga de alto ciclo → tensão elástica

Limite de resistência à fadiga

Resistência à fadiga

Algumas ligas ferrosas e de titânio Maioria das ligas não ferrosas

Vida em fadiga.

Fadiga –––– Curva S-N

Fatores na vida em fadiga

Acabamento superficial (*)

– Entalhes, rugosidades ou descontinuidades geométricas podem atuar como

nucleadores de trincas de fadiga

• Sulcos, orifícios, rasgos de chaveta, roscas, etc.

– Polimento para remoção das descontinuidades

Tensões residuais

– Introdução de tensões residuais compressivas na superfície no componente para

aumentar a vida em fadiga

– Mecânicos

• Jateamento

• Laminação superficial

– Termo-químicos

• Cementação

• Nitretação

Fatores na vida em fadiga –––– Efeito da superfíííície

Fatores na vida em fadiga

Tensão média

– ↑ nível de tensão média → ↓ vida em fadiga

Efeitos do ambiente

– Fadiga térmica

– Corrosão-fadiga

Fatores na vida em fadiga

Tensões altas → baixo nº de ciclos (<104)

Frequentemente ocasionadas por tensões de origem térmica

Resulta da deformação cíclica em vez da tensão cíclica

Vasos de pressão, turbinas a vapor, etc.

Fadiga –––– Baixo cicloFadiga térmica.

Linha de aço inoxidável de grande espessura Deformação – “estufamento”

Fadiga térmica do estufamento anterior Fadiga térmic a em solda

Fadiga térmica.

Fadiga térmica antiga com preenchimento de óxido.

Oxidação - Fadiga térmica

Tubo de forno

Fadiga térmica

13

FALHAS MECÂNICASSobrecargaFadiga (mecânica e térmica)Desgaste (Erosão / Corrosão-erosão /

Cavitação / Impingimento)Choque térmico

FALHAS DEVIDAS A DANOS CAUSADOS POR HIDROGÊNIOEmpolamento por hidrogênio Trincamento induzido por hidrogênioTrincamento sob tensão por sulfeto Trincamento por hidrogênio orientado por tensãoAtaque pelo hidrogênio em altas temperaturasEtc.

FALHAS DEVIDAS À ALTERAÇÃO METALÚRGICAGrafitizacão / esferoidizaçãoFragilização por fase sigmaFragilização ao revenidoFragilização ao 475Etc.

FALHAS DEVIDAS À CORROSÃO Corrosão atmosférica

Corrosão seletiva

Corrosão galvânica

Corrosão por pites

Corrosão por célula oclusa

Corrosão sob tensão (CST)

Corrosão-erosão

Corrosão-fadiga

Corrosão microbiológica

Corrosão por CO2

Corrosão em elevadas temperaturas

Etc.

FLUÊNCIA E SOBREAQUECIMENTO

OUTROSFragilização por metal líquidoDegradação de refratáriosEtc.

Mecanismos de Deterioração

Descrição: Transformação da perlita em grafita + fe rrita.

Materiais afetados: Aço C e C/Mo.

Equipamentos afetados: Os que operam em T > 430 0C e longo t.

Morfologia do dano: Nódulos de grafita dispersos na matriz α; α; α; α; em forma de cílios em ZTA ou em regiões de alta εεεε. . . . ↓↓↓↓ ((((σσσσ, , , , ∆ε∆ε∆ε∆ε , , , , φφφφ))))Prevenção/minimização: Aço ao Cr (teor > 0,7% Cr).

Inspeção e monitoração: Metalografia.

Mecanismos associados: Esferoidização.

Grafitização

Grafitização

C Mn S P

0,35 máx 0,80 máx 0,035 máx 0,035 máx

Descrição: Transformação da perlita lamelar em carb etos esferoidais.

Materiais afetados: Aços carbono e baixa ligas.

Equipamentos afetados: Os que operam em T > 440 0C e longo t.

Morfologia do dano: Carbetos globulares dispersos ou aglomerados. ↓↓↓↓ (σσσσ, φφφφ)

Prevenção/minimização: Limitar T e t.

Inspeção e monitoração: Metalografia.

Mecanismos associados: Fenômeno competitivo. T > 550 0C => esf. ⇒⇒⇒⇒ graf.T < 5500C => graf. ⇒⇒⇒⇒ esf.

Esferoidização Esferoidita

Esferoidização Esferoidização x Grafitização

550oC

Descrição: Transformações metalúrgicas. 340 0C<T<5900C.Pior em ±±±± 4350C e↑↑↑↑ t.

Materiais afetados: Aços baixa liga (2,25Cr-1Mo) e HSLA (Cr, Mo, V).

Morfologia do dano: Não identificado metalograficamente. ↓↓↓↓δδδδ. Causa perda de tenacidade.

Prevenção/minimização: Material velho: Procedimento.Material novo: Controle dos fatores J e X.

Inspeção e monitoração: CPs testemunha e procedimento.

Mecanismos associados: Não especificado.

Fragilização ao revenidoFragilidade dos aços baixa liga quando aquecidos ou resfriados entre 375º e 575ºC.

Entre 400º e 475ºC a fragilidade ocorre mais rapidamente.

Materiais susceptíveis: Aços com quantidade apreciável de Mn, Ni e Cr e adicionalmente uma

ou mais impurezas (P, As, Sb, Sn).

Fragilidade devido à concentração de impurezas e elementos de ligas nos CG’s.

Trincas nesses materiais são intergranulares.

Apenas a resistência ao choque é afetada. Outras propriedades não se alteram.

A eliminação das impurezas citadas acima, evita a fragilidade.

Pode ser evitada por revenido acima de 575ºC ou abaixo de 375ºC, seguido pelo resfriamento

rápido até a temperatura ambiente.

Aços fragilizados podem ter a tenacidade restaurada: Aquecimento em torno de 600ºC e

resfriamentro rápido até abaixo de aproximadamente 300ºC.

Fragilização ao Revenido

Fragilização ao Revenido

• Aços de baixa liga T&R.

• Faixa de 300 a 600oC.

• Queda da tenacidade Charpy.

• É reversível.

• Fratura intergranular.

• Segregação de Sb, P, Sn, As.

• Mn e Si aceleram.

• Mo em SS evita.

• Perigo na parada/partida.

• Maior TG é pior.

524 C

1 h 15 h 24 h 60 h 100 h

Tempo Total = 233 h

496 C

(1)

(3)

(2)

Taxa de Resfriamento

468 C

315 Co

oo

o

(3)

(2)

(1)

(1)

(1)

o5,6 C/h

o2,8 C/h

o27,8 C/h

o538 C

o593 C

TRATAMENTO TÉRMICO DE STEP COOLING

Fator de Bruscato (concentração em ppm)

Fator de fragilização J (Watanabe e outros)

(Concentração em % em peso)

Para chapa

J = (Si + Mn) x (P + Sn).10 4 [%p]

Para solda

X = (10P + 5Sb + 4Sn + As) / 100 [ppm]

Descrição: Alteração metalúrgica em ligas contendo αααα com perda de δδδδ. (370-5400C).

Materiais afetados: Série 400, Duplex e 300 forjado ou fundido

Morfologia do dano: Precipitação de fases intermetá licas, ↑↑↑↑ Cr,

nos CGs. ↑↑↑↑HB, ↑↑↑↑ σσσσ, ↓↓↓↓∆ε∆ε∆ε∆ε, ↓↓↓↓δδδδ , ↓↓↓↓ S.

Prevenção/minimização: Correta especificação, TTAT, controle de soldagem.

Inspeção e monitoração: CP testemunho, Metalografia , LP e HB.

Mecanismos associados: -

Fragilização ao 475 0CObs:

1 – Perda de tenacidade não significante em altas temperaturas. T< 93C

Paradas!!!!!

2 – Fragilização pode ocorrer em curto período de tempo.

Ex.: Revenimento em temperaturas elevadas ou mantendo dentro do range de transformação.

“Desfragilização” – 593C ou mais, seguido de rápido resfriamento. Prático?!!

Descrição: Alteração metalúrgica em ligas contendo αααα (5000C<T<9000C)

com perda de δδδδ para T< 2600C.

Materiais afetados: Série 300, 400 e duplex.

Morfologia do dano: Precipitação de fase σσσσ . ↑↑↑↑HB, ↑↑↑↑ σσσσ, ↓↓↓↓∆ε∆ε∆ε∆ε, ↓↓↓↓δδδδ , trincas (soldas e restrições).

Prevenção/minimização: Especificação, controle de soldagem. Controle

de αααα < 5% p/ 304 e < 9% p/ 347.

Inspeção e monitoração: Metalografia, LP, CP testemunho.

Mecanismos associados: Fragilização ao 475.

Fragilização por fase sigma Açççços Inoxidááááveis Austenííííticos –––– Fase Sigma

Formação da Fase Sigma (rica em Cr e Mo) é comum em aços de alta liga. Sua faixa de formação é entre 470 a 900ºC.

Ela aumenta a tendência à corrosão intergranular e fragiliza o material na temperatura ambiente. Queda maior de tenacidade T<260 C. Paradas!!!

Deve-se evitar a permanência por tempos elevados nesta faixa de temperatura.

Deformação plástica acelera a formação

“Dessigmatização” – 1066C por algumas horas e resfriamento rápido. Prático?!!!

Fase σσσσ

Fe36Cr12Mo10Fe36Cr12Mo10Fe36Cr12Mo10Fe36Cr12Mo10

Fase σσσσ

(24 % Cr, 18 % Mo, 6 % Ni, 52 % Fe) ou (48 % Cr, 52 % Fe).

Fase χχχχ - Associada à fragilização ao 475

Cr-Ni-Mo (18-14- 3) t = 3000 h; T = 5940C)

Frágil

Dúctil