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UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO
ESCOLA DE ENGENHARIA DE LORENA
EMILIO MONLEON RACCANELLI DE MORAES MELO
Análise de Falha de Molas Helicoidais de Travamento de um Trem de Pouso: Estudo de
Caso Real
Lorena
2014
EMILIO MONLEON RACCANELLI DE MORAES MELO
Análise de Falha de Molas Helicoidais de Travamento de um Trem de Pouso: Estudo de
Caso
Trabalho de Graduação apresentado à
Escola de Engenharia de Lorena da
Universidade de São Paulo para obtenção
do título de Engenheiro de Materiais.
Orientador: Prof. Dr. Sérgio Schneider
Lorena
2014
AUTORIZO A REPRODUÇÃO E DIVULGAÇÃO TOTAL OU PARCIAL DESTE
TRABALHO, POR QUALQUER MEIO CONVENCIONAL OU ELETRÔNICO, PARA FINS
DE ESTUDO E PESQUISA, DESDE QUE CITADA A FONTE.
Ficha Catalográfica Elaborada pela Biblioteca Especializada em Engenharia de Materiais
EEL USP
Melo, Emílio Monleon Raccanelli de Moraes
Análise de falhas de molas helicoidais de travamento
de um trem de pouso – estudo de caso. /Emílio Monleon Raccanelli
de Moraes Melo; orientador Sergio Schneider -- Lorena, 2014.
81f.:il.
Trabalho apresentado como requisito parcial para obtenção do
grau de Engenheiro de Materiais – Escola de Engenharia de Lorena
- Universidade de São Paulo.
1. Análise de falha 2. Fractografia 3. Fratura 4. Fadiga
I. Título.
CDU 531.45
AGRADECIMENTOS
A Escola de Engenharia de Lorena (EEL) e o Departamento de Engenharia de
Materiais (LOM) por todo conhecimento a mim concedido.
Ao Centro Tecnológico Aeroespacial (CTA) – Instituto de Aeronáutica e Espaço
(IAE) pela oportunidade de desenvolver e viabilizar o trabalho.
Ao PIBIC - CNPq pela bolsa de auxílio a pesquisa concedida durante a iniciação
científica.
Ao Prof. Dr. Leandro Augusto Lemos Franco, pela oportunidade a mim concedida de
realizar esse trabalho, paciência e ensinamentos.
A toda equipe de técnicos da Divisão de Materiais (AMR) do IAE, pelo suporte e
ajuda prestados no desenvolvimento do trabalho.
Ao Prof. Dr. Sérgio Schneider, meu orientador, pelo suporte e ajuda prestados.
“Porque na abundância de sabedoria há
abundância de vexame, de modo que aquele
que incrementa conhecimento incrementa dor”
- Ecl. 1:18
RESUMO
Melo, E.M.R.M. Análise de Falha de Molas Helicoidais de Travamento de um Trem de
Pouso: Estudo de Caso Real. 2014. Número de folhas 81f. Monografia (Trabalho de
Graduação em Engenharia de Materiais) – Escola de Engenharia de Lorena, Universidade de
São Paulo, Lorena, 2014.
Durante o procedimento de decolagem de uma aeronave foi percebido que o trem de pouso
dianteiro não havia sido recolhido. Um pouso de emergência foi realizado e a estrutura
avariada foi levada para análise. O objetivo do presente trabalho é de analisar as causas raízes
que levaram a fratura das duas molas de travamento. Inicialmente um registro fotográfico e
uma análise estereoscópica foi realizada. A análise por estereoscópio foi feita de modo a se
identificar as superfícies de fratura e buscar possíveis evidências. Uma análise por
Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV) detectou marcas de fadiga na superfície de
fratura. Em adição, uma análise metalográfica comprovou diversas trincas sobre a superfície
da mola. As microtrincas agem como concentradores de tensão e levaram a fratura da mola
por fadiga.
Palavras-chave: Análise de Falhas, Molas, Fractografia, Fadiga, Fratura.
ABSTRACT
Melo, E.M.R.M. Failure Analysis of a Helical Locking Spring of an Aircraft Landing
Gear: Real Case, 2014. Number of sheets 81. Monograph (Undergraduate Work in Materials
Engineering) – Escola de Engenharia de Lorena, Universidade de São Paulo, Lorena, 2014.
During a take-off procedure was noticed that the nose landing gear was not retracted. An
emergency landing was performed and the fractured structure was sent to analysis. It was
noticed that the two springs from the landing gear system were damaged. The aim of this
work is to analyze the root causes that leave to the fracture of the two springs. Initially a
photographic identification and a stereoscopy analysis were performed. Stereoscopic analysis
was carried out to identify the fractured surfaces and possible evidences. Finally, a Scanning
Electron Microscope (SEM) performed showed fatigue striations. In addition, a
metallographic examination showed cracks on fracture surface. The micro cracks acted as
stress concentrations as well initiation crack site leading the springs to fracture due to fatigue.
Keywords: Failure Analysis, Springs, Fractography, Fatigue, Fracture.
LISTA DE FIGURAS
Figura 2.1. Tipos de fratura observados em metais sujeitos a tensão uniaxial. (a) Fratura
Frágil em Mono e Policristais; (b) Fratura Cisalhante em monocristais; (c) Fratura
completamente Dúctil em Policristais; (d) Fratura Dúctil em Policristais ............................... 20
Figura 2.2. Representação Esquemática de Fratura Frágil, Clivagem.....................................22
Figura 2.3. Microfractografia de Fratura por Clivagem - Torção de Planos, degraus de
clivagem e marcas de rio (river patterns) .................................................................................23
Figura 2.4. Microfractografia de Fratura por Clivagem - Aço inoxidável ferrítico AISI 409
soldado com metal de adição AISI 308 e AISI 309..................................................................23
Figura 2.5. a. Representação Fratura Intergranular; b. Fratura intergranular em um aço
inoxidável AISI 409..................................................................................................................24
Figura 2.6. Esquema estágios de formação de uma fratura dúctil “taça cone”........................25
Figura 2.7. Microfractografia, Detalhe de Vazio com Inclusões num Aço tipo AISI 1513,
MEV..........................................................................................................................................25
Figura 2.8. Representação Esquemática de Nucleação, crescimento e coalescência de vazios
em metais dúcteis......................................................................................................................26
Figura 2.9. Influência da direção da tensão máx. no formato dos vazios. a. Ruptura Normal;
b. Ruptura Cisalhante; c. Ruptura por Rasgamento..................................................................27
Figura 2.10. Fotografia Fratura por Fadiga, Aço AISI 8640 utilizado em eixo-pinhão
redutor.......................................................................................................................................28
Figura 2.11. Curva S-N de Fadiga Típica para Metais Ferrosos e não Ferrosos.....................29
Figura 2.12. Esquema de mecanismos de formação de extrusões e intrusões.........................30
Figura 2.13. Microfractografia de um Aço, estrias de fadiga, MEV.......................................31
Figura 2.14. Diagrama Esquemático de Propagação da Taxa de Propagação de Trinca em
Fadiga........................................................................................................................................32
Figura 2.15. Curva de Fluência, três estágios. A - carga constante; B - tensão constante.......33
Figura 2.16. Macrofractografia de um CP de liga a base de níquel fraturado por Fluência....35
Figura 2.17. Representação Esquemática de Trincas Intergranulares devido ao
Escorregamento dos Contornos de Grão...................................................................................37
Figura 2.18. Cavidade tipo W nucleadas numa liga incoloy 800 MEV..................................38
Figura 2.19. Evolução Esquemática do Mecanismo de CST..................................................39
Figura 2.20. Corpo de Prova trincado por CST - Aço Austenítico Inoxidável AISI 304
(soluções contendo cloretos a temperatura ambiente)..............................................................39
Figura 2.21. Desenho Esquemático do Processo de Transporte do Hidrogênio em Materiais
Metálicos...................................................................................................................................40
Figura 2.22. Trinca causada por fragilização de Hidrogênio em uma zona termicamente
afetada em um aço baixo carbono soldado com eletrodo revestido..........................................41
Figura 2.23. Diagrama S-N para Shot Peening e Pré-stress em Molas de Aço Cromo-Vanádio
sob Compressão (ASTM A231)................................................................................................43
Figura 2.24. Diagrama de Goodman para um ciclo de vida em fadiga de 107 para uma mola
de aço Si-Cr (ASTM A401) em compressão............................................................................44
Figura 2.25. Macrofractogrfia por estereoscopia de uma amostra fraturada por fadiga .........50
Figura 2.26. Desenho esquemático de arranjos básicos de luz em estereoscopia...................51
Figura 2.27. Macrofractografias de uma mesma amostra sob diferentes ângulos de luz........52
Figura 2.28. Esquema de funcionamento MEV......................................................................55
Figura 2.29. Avaliação das Diversas Técnicas de Análise Química Superficial – EDS:
espectroscopia de energia dispersiva; WDS, espectroscopia de comprimento de onda
dispersivo; AES: espectroscopia Auger; XPS, espectroscopia de fotoelétrons de raios-x; TOF-
SIMS: espectrometria de massa de íons; FTIR: Infravermelho com transformada de Fourier
(espectroscopia) .......................................................................................................................56
Figura 3.1. a) Mola Direita Fraturada, b) Mola Esquerda Fraturada ......................................61
Figura 3.2. Estereoscópio utilizado para análise ....................................................................63
Figura 3.3. MEV utilizado na análise .....................................................................................64
Figura 3.4. Politrizes utilizadas para preparação metalográfica .............................................65
Figura 3.5. Microdurômetro.....................................................................................................65
Figura 3.6. Equipamento de Análise Química.........................................................................66
Figura 4.1. a. Detalhe Fratura Mola Direita, b. Detalhe Fratura Mola Esquerda.....................67
Figura 4.2. Detalhe superfície de fratura (10x) .......................................................................68
Figura 4.3. Detalhe estrias de fadiga mola direita - MEV.......................................................69
Figura 4.4. Gráfico EDS da composição química superficial da mola direita.........................70
Figura 4.5. Microtrincas na secção transversal da mola – Microscópio Óptico......................71
Figura 4.6. Detalhe das microtrincas na secção transversal da mola – Microscópio Óptico...71
LISTA DE TABELAS
Tabela 2.1. Características Fractograficas em Análise Macroscópica.....................................48
LISTA DE SIGLAS
DEMAR Departamento de Engenharia de Materiais
EEL Escola de Engenharia de Lorena
LOM Departamento de Engenharia de Materiais da EEL
USP Universidade de São Paulo
TG Trabalho de graduação
CTA Centro Técnico Aeroespacial
IAE Instituto de Aeronáutica e Espaço
AMR Divisão de Materiais
ACR Análise de Causa Raíz
CCC Cúbica de Corpo Centrado
CFC Cúbica de Face Centrada
HC Hexagonal Compacta
EDE Energia de Falha de Empilhamento
CST Corrosão Sob-tensão
MEV Microscópio Eletrônico de Varredura
EDS Espectroscopia por Energia Dispersiva
WDS Espectroscopia de Comprimento de Onda Dispersivo
AES Espectroscopia Auger
XPS Espectroscopia de Fotoelétrons de Raios-X
TOF Espectroscopia de Massa de Íons
FTIR Infravermelho com Transforada de Fourier
DRX Difração de Raios-X
CENIPA Centro e Investigação e Prevenção Aeronáutica
LISTA DE SÍMBOLOS
E Módulo de Young (GPa)
T Temperatura (°C)
∆T Diferença de temperatura (°C)
S Tensão
N Número de Ciclos
σmáx Tensão Máxima
Sf Resistência a Fadiga
Intervalo de Fator Intensidade de Tensão
K Intensidade de Tensão
A Constante
K Fator Intensidade de Tensão
dε/dt Taxa de Fluência
ε0 Elongação inicial
SUMÁRIO
1 INTRODUÇÃO ............................................................................................... 17
1.1 Objetivos ....................................................................................................... 17
1.2 Justificativa ...................................................................................................... 18
2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA ......................................................................... 19
2.1 Fratura ........................................................................................................... 19
2.1.1 Tipos de Fratura ......................................................................................... 19
2.1.1.1 Fratura Frágil ........................................................................................... 21
2.1.2.2 Fratura Dúctil .......................................................................................... 24
2.1.2 Fraturas por Fadiga..................................................................................... 27
2.1.2.1 Curvas S-N .............................................................................................. 29
2.1.2.2 Mecanismos de Fadiga ............................................................................ 29
2.1.2.3 Propagações de Trinca por Fadiga .......................................................... 31
2.1.3 Fratura por Fluência ................................................................................... 33
2.1.4 Fratura por Corrosão sob Tensão (CST) .................................................... 38
2.1.5 Fratura por Hidrogênio (Fragilização) ....................................................... 40
2.2 Fratura em Molas .......................................................................................... 41
2.3 Análise de Falhas .......................................................................................... 44
2.3.1 Prática de Análise de Falhas ...................................................................... 45
3 MATERIAIS E MÉTODOS ............................................................................ 61
3.1 Materiais utilizados ....................................................................................... 61
3.2 Técnicas de preparação ................................................................................. 61
3.2.1 Recebimento das Amostras ........................................................................ 61
3.2.2 Exame Macroscópico ................................................................................. 62
3.2.3 Registro Fotográfico ................................................................................... 62
3.2.4 Exame por Estereoscopia ........................................................................... 62
3.2.5 Exame por Microscopia Eletrônica de Varredura ...................................... 63
3.2.6 Metalografia ............................................................................................... 64
3.2.7 Ensaio de Dureza ........................................................................................ 65
3.2.8 Analise Química ......................................................................................... 65
4 RESULTADOS E DISCUSSÃO ..................................................................... 66
5. CONCLUSÃO ................................................................................................ 72
REFERENCIAS .................................................................................................. 74
17
1 INTRODUÇÃO
Quando uma material fratura, trinca, corrói ou outra falha ocorre, é natural olhar para a
falha com a suposição de que ela não deveria ter ocorrido. Enquanto a suposição pode ser
válida em alguns casos, em outros, pode ser enganosa. A falha é o resultado físico de um
conjunto pré-existente de circunstâncias, uma sequência de eventos ou uma situação de
desenvolvimento e deve ser considerada em seu contexto adequado [1].
Análise de falhas é um processo crítico para se determinar a causa raiz desse problema. O
processo é complexo e baseia-se em diversas técnicas de análise, e usa uma grande variedade
de observações, inspeções e técnicas laboratoriais. Um dos fatores chave para se realizar
propriamente o trabalho é manter a mente aberta durante toda a realização da análise e testes,
de modo a promover uma perspectiva clara e imparcial da falha. A colaboração de experts de
outras disciplinas é fundamental em certas circunstâncias de modo a integrar a análise de
todos os elementos, com uma análise quantitativa entendendo todas as informações por trás
do projeto, fabricação e histórico de defeitos. Assim como análise de falhas é uma disciplina
comprovada para identificar as raízes físicas de falhas, análise de causa raiz (ACR) são
eficazes para explorar alguns dos outros contribuintes para falhas, tais como as causas
humanas e latentes. Corretamente realizada, análise de falhas e ACR são passos críticos para
o processo global de resolução de problemas e são fundamentais ingredientes para a correção
e prevenção de falhas, alcançando níveis mais elevados de qualidade e confiabilidade, e,
finalmente, aumentar a satisfação do cliente, bem como a segurança dos mesmos. A disciplina
de análise de falhas tem evoluído e amadurecido, e tem sido empregado e formalizado como
um meio para a prevenção da falha. De acordo com a tendência recente de aumento da
prestação de contas, responsabilidade e segurança, o seu objetivo foi estendido para incluir a
determinação que uma das partes poderá ser responsabilizada por perdas, sejam elas perda de
produção, danos materiais, ferimentos ou morte [2].
1.1 Objetivos
O objetivo ou propósito de um projeto de análise de falhas é frequentemente descrito a
se prevenir a recorrência da falha. O presente trabalho tem como objetivo determinar as
causas raízes que levaram a falha das molas de travamento de um trem de pouso de uma
aeronave. Com o objetivo alcançado, prevenções e medidas podem ser tomadas de modo a se
evitar novos acontecimentos semelhantes a este.
18
1.2 Justificativa
Uma análise de falha completa visa não só caracterizar a falha em si, mas,
principalmente, permitir o estabelecimento de medidas para se evitar ou, ao menos, minimizar
o seu ressurgimento. Seus resultados podem se tornar parte do conhecimento histórico técnico
preexistente com grande potencial de influência sobre o processo e as operações de projeto e
produção.
A crescente busca pelas melhorias e principalmente segurança no campo da aviação,
faz com que a análise de falhas seja uma das mais importantes ferramentas na busca do
entendimento dos materiais e componentes. Cada análise e cada estudo de componentes
falhados somam-se ao conhecimento histórico técnico, e ajudam os engenheiros e projetistas a
buscar a excelência no desenvolvimento de seus produtos, oferecendo assim para seus
clientes, produtos cada vez mais seguros e competitivos.
19
2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
2.1 Fratura
É difícil identificar exatamente quando os problemas de falha de equipamentos
estrutural e mecânica tornaram-se criticamente importantes; no entanto, é fato que as falhas
que causam a perda de milhares de vidas têm ocorrido por mais de cem anos [3,4]
Inúmeros casos de falhas trágicas e catastróficas ocorreram ao longo da Segunda Guerra
Mundial, centenas de navios americanos sofreram fraturas em suas estruturas. Os navios
tinham suas estruturas usualmente soldadas, diferentes de estruturas rebitadas como nos dias
de hoje. Essas estruturas frágeis soldadas eram facilmente consumidas por trincas que
levavam a fratura da estrutura, diferente das placas rebitadas onde a trinca finalizava no fim
de cada placa evitando uma falha catastrófica.
2.1.1 Tipos de Fratura
Na maioria das falhas estruturais, a fratura é geralmente abrupta, é resultado de um
processo de crescimento de trinca que faz com que a trinca atinja um tamanho crítico para a
fratura final. O processo de crescimento de trinca ocorre lentamente ao longo da vida útil do
material, através de vários mecanismos de propagação de trinca, tais como fadiga, corrosão
sob stress, fragilização por hidrogênio entre outros.
As falhas estruturais preocupantes são na maioria, fraturas frágeis. Estas quase sempre
se iniciam em defeitos, microtrincas ou descontinuidades no material. Defeitos resultantes de
usinagem, têmpera, fadiga, fragilização por hidrogênio ou corrosão sob tensão também levam
a fratura frágil. De fato, o maior causador de falhas é a fadiga, que de forma conservadora é
responsável por pelo menos 50% de todas as fraturas frágeis em produtos fábricas [7].
Em contraste, a falha do serviço por falha dúctil é relativamente pouco frequente. Em
geral, fratura dúctil ocorre a partir de sobrecargas.
A Fig. 2.1 ilustra esquematicamente alguns tipos de fratura em tração que podem
ocorrer nos metais. Uma fratura frágil (Fig. 2.1.a) é caracterizada pela separação normal à
tensão de tração. Externamente não há evidência de deformação, entretanto com uma análise
da difração de raios X é possível detectar uma camada fina de metal deformado na superfície
20
de fratura. A fratura dúctil pode assumir várias formas. Monocristais HC podem deslizar em
planos basais sucessivos até o cristal finalmente se separar por cisalhamento (Fig. 2.1.b).
Materiais policristalinos de metais muito dúcteis, como o ouro ou chumbo, podem ter a sua
seção reduzida a um ponto, antes que se rompam (Fig. 2.1.c). Na fratura em tração de metais
moderadamente dúcteis, a deformação plástica pode produzir uma região de deformação
localizada (pescoço) (Fig. 2.1.d). A fratura começa no centro do corpo de prova e depois se
propaga por uma separação cisalhante ao longo das linhas pontilhadas na Fig. 2.1.d. Isto
resulta na fratura conhecida como "taça e cone".
Figura 2.1 - Tipos de fratura observados em metais sujeitos a tensão uniaxial. (a) Fratura Frágil em
Mono e Policristais; (b) Fratura Cisalhante em monocristais; (c) Fratura completamente Dúctil em
Policristais; (d) Fratura Dúctil em Policristais [8]
Uma fratura por cisalhamento ocorre como resultado de um deslizamento intenso no
plano de deslizamento ativo. Esse tipo de fratura é provocado por tensões cisalhantes. A
fratura por clivagem é controlada pela tensão de tração atuando normalmente ao plano de
clivagem. A superfície de fratura que é causada por cisalhamento aparenta ser, quando
observada com pequenos aumentos, cinza e fibrosa, enquanto a fratura por clivagem aparenta
ser brilhante ou granular, devido à reflexão da luz nas superfícies lisas de clivagem. As
superfícies de fratura frequentemente consistem numa mistura de fratura fibrosa e granular, e
é comum nos referirmos à percentagem da área superficial ocupada por cada uma dessas
categorias. Com base no exame metalográfico, a fratura em amostras policristalinas pode ser
classificada como transgranular (a trinca se propaga através dos grãos) ou intergranular (a
trinca se propaga ao longo dos contornos de grão). A fratura dúctil é aquela que apresenta um
considerável grau de deformação. O limite entre a fratura dúctil e a fratura frágil é arbitrário e
depende da situação a ser considerada. Por exemplo, o ferro fundido nodular é dúctil quando
21
comparado com o ferro fundido comum, mas seria considerado frágil quando comparado com
o aço doce [10].
2.1.1 Fratura Frágil
A partir de experiências acuradas, demonstrou-se que as trincas responsáveis pela
fratura frágil do tipo clivagem não estão inicialmente presentes no material, mas que são
produzidas pelos processos de deformação. O fato de que, em temperaturas apropriadas, está
presente um número apreciável de microtrincas mostra que as condições para a nucleação de
uma trinca não são necessariamente as mesmas para a propagação da trinca [11]. O processo
de fratura por clivagem poderia ser considerado como constituído de três fases: (1)
deformação plástica para produzir empilhamentos de discordâncias, (2) nucleação da trinca e
(3) propagação da trinca.
A nucleação das microtrincas pode ser grandemente influenciada pela presença e pela
natureza de partículas de segunda fase. Uma situação comum é relativa à fissura da partícula
durante a deformação. A resistência à fissuração aumenta se as partículas estão bem ligadas à
matriz. Partículas esféricas e partículas pequenas (r < 1µm) são mais resistentes à fissuração.
Um constituinte frágil nos contornos de grão, tal como filmes finos de cementita em aços de
baixo carbono, é uma fonte particularmente potente de microtrincas. Se a dispersão de
partículas de segunda fase é facilmente cortada pelas discordâncias, então têm-se
deslizamentos planos e ocorrem empilhamentos relativamente grandes de discordâncias [12].
Isso acarreta altas tensões, fácil nucleação das microtrincas e comportamento frágil.
Entretanto, se a segunda fase consiste numa dispersão de partículas finas e impenetráveis, a
distância de deslizamento é grandemente reduzida e, correspondentemente, o número de
discordâncias que podem ser sustentadas num empilhamento é também reduzido. Do mesmo
modo, uma vez que as trincas estão formadas elas são forçadas a se curvar entre as partículas,
aumentando a energia interfacial efetiva. Portanto, dispersões finas de partículas podem
acarretar um aumento da tenacidade sob circunstâncias próprias. Uma fase dúctil e macia
pode também ceder ductilidade para uma matriz frágil. A fase dúctil deve ser espessa o
suficiente para escoar antes que grandes empilhamentos de discordâncias sejam criados e
atuem contra ela [13].
O micromecanismo de fratura, clivagem, é uma fratura de baixa energia que se
propaga ao longo de planos cristalográficos bem definidos, conhecidos como planos de
clivagem. As ligas de Engenharia, em geral, são policristalinas, possuem inclusões e outras
22
imperfeições que afetam a propagação da fratura por clivagem. Estas imperfeições e
mudanças de orientação na rede cristalina, como a possível incompatibilidade dos planos em
todos os grãos ou subgrãos, produz características distintas da fratura de clivagem, tais como
degraus de clivagem, river pattern (marcas de rio), chevron marks (espinha de peixe) e torção
de planos (twist boundary) [14], Fig. 2.2.
Figura 2.2 - Representação Esquemática de Fratura Frágil, Clivagem [8]
Em grandes aumentos, as superfícies de clivagem transgranular contêm estas
características superficiais descritas, conforme vemos na Fig. 2.3 e Fig. 2.4.
23
Figura 2.3 - Microfractografia de Fratura por Clivagem - Torção de Planos, degraus de clivagem e marcas de rio
(river patterns) [16]
Figura 2.4 - Microfractografia de Fratura por Clivagem - Aço inoxidável ferrítico AISI 409 soldado com metal
de adição AISI 308 e AISI 309 [8]
A maioria das fraturas frágeis ocorre de maneira transgranular. Entretanto, se o
contorno de grão contém um elemento frágil, a fratura ocorre de maneira intergranular. A
fratura intergranular pode também ocorrer sem a presença de precipitados microscopicamente
visíveis nos contornos de grão. Aparentemente, a segregação nos contornos pode abaixar a
energia superficial o suficiente para acarretar a falha intergranular. A fragilização produzida
pela adição de antimônio no cobre, oxigênio no ferro e a fragilização de revenido nos aços-
ligas são bons exemplos de causas para a fratura intergranular [10].
24
Figura 2.5 - a. Representação Fratura Intergranular; b. Fratura intergranular em um aço inoxidável AISI 409 [8].
2.1.2 Fratura Dúctil
A fratura dúctil tem sido definida como a fratura que ocorre com uma apreciável
deformação plástica. Uma outra característica da fratura dúctil é que ela ocorre por um lento
rompimento do metal com o gasto de uma energia considerável. Muitas variedades de fratura
dúctil podem ocorrer durante o processamento dos metais e seu uso em diferentes tipos de
serviço. A fratura dúctil em tração é normalmente precedida por uma redução localizada no
diâmetro chamada empescoçamento. Metais muito dúcteis podem eventualmente reduzir-se a
uma linha ou a um ponto antes da separação. Esse tipo de falha é normalmente chamado de
ruptura.
Os estágios no desenvolvimento de uma fratura dúctil do tipo "taça e cone" estão
ilustrados na Fig. 2.6. O empescoçamento começa no ponto de instabilidade plástica onde o
aumento da resistência devido ao encruamento cai para compensar a diminuição da área da
seção reta transversal do corpo de prova (Fig. 2.6a). Isso ocorre na carga máxima ou quando a
deformação verdadeira se iguala ao coeficiente de encruamento. A formação de um pescoço
introduz um estado de tensões triaxial nessa região. Uma componente hidrostática da tensão
atua no centro da região do pescoço ao longo do eixo do corpo de prova. Formam-se muitas
microcavidades nessa região (Fig. 2.6b), e com a continuação da deformação elas crescem e
coalescem numa trinca central (Fig. 2.6c). Essa trinca cresce num plano perpendicular ao eixo
do corpo de prova até se aproximar da superfície do material. Então, ela continua a se
propagar localizadamente em planos cisalhantes orientados a 45° com o eixo longitudinal para
formar a parte do "cone" da fratura (Fig. 2.6d) [10].
25
Figura 2.6 – Esquema estágios de formação de uma fratura dúctil “taça cone” [10]
2.1.2.1 – Nucleação e coalescimento de vazios
Os vazios que são a fonte básica da fratura dúctil, são nucleados heterogeneamente em
posições onde a compatibilidade da deformação é difícil. Os lugares preferenciais para
formação de vazios são inclusões, partículas de segunda fase ou partículas finas de óxidos
(Fig. 2.7), enquanto que nos metais de alta pureza os vazios podem se formar em pontos
triplos de contornos de grão [10]. A frequência de ocorrência de partículas nucleantes tem em
geral uma forte influência na fratura dúctil [17].
Figura 2.7 - Microfractografia, Detalhe de Vazio com Inclusões num Aço tipo AISI 1513, MEV. [8]
26
À medida que a tensão no material aumenta, os vazios nucleiam, crescem, coalescem
e, eventualmente, formam uma superfície de fratura contínua Fig. 2.8 [16].
Figura 2.8 - Representação Esquemática de Nucleação, crescimento e coalescência de vazios em metais dúcteis
[8].
O tamanho e forma dos vazios em uma superfície de fratura é governado pelo número
e distribuição de microvazios que são nucleadas e o modo como a força de ruptura é aplicada.
Quando os sítios de nucleação são poucos e espaçados, os microvazios crescem a um tamanho
grande e o resultado é uma superfície de fratura que contém vazios grandes. Pequenos vazios
são formadas quando vários locais de nucleação são ativados e microvazios adjacentes
coalescem antes que eles tenham a oportunidade de crescer para um tamanho maior. Vazios
27
extremamente pequenos são frequentemente encontrados em materiais com dispersão de
óxidos [16].
A distribuição dos microvazios pode influenciar significativamente a aparência da
superfície da fratura. Em algumas ligas, a distribuição não uniforme de partículas de
nucleação e a nucleação prematura e crescimento de microvazios isolados pode produzir uma
superfície de fratura que exibe vários tamanhos de vazios. Quando vazios nucleados nos
contornos de grão, resultam em vazios intergranulares que geram a fratura [16]. A distribuição
das forças aplicadas nos materiais, podem produzir diferentes formatos de vazios, conforme
mostra a Fig. 2.9.
Figura 2.9 - Influência da direção da tensão máx. no formato dos vazios. a. Ruptura Normal; b. Ruptura
Cisalhante; c. Ruptura por Rasgamento [18]
2.1.2 Fraturas por Fadiga
É conhecido o fato de que um metal submetido a uma tensão repetida romperá a uma
tensão muito inferior àquela necessária para ocasionar fratura devido à aplicação de uma
carga estática. As falhas mecânicas decorrentes destas condições de carregamento dinâmico
28
são chamadas falhas por fadiga. Nos dias atuais, pode-se dizer que a fadiga é responsável por
pelo menos 90 por cento das falhas de serviço relativas a causas mecânicas [21].
Uma falha por fadiga é particularmente insidiosa porque acontece sem que haja
qualquer aviso óbvio. A fadiga dá origem a uma fratura de aparência frágil, sem existência de
deformação macroscópica na fratura. A superfície de fratura em escala macroscópica, é quase
sempre normal à direção da tensão principal de tração. Uma falha por fadiga pode ser
reconhecida, geralmente, a partir do aspecto da superfície de fratura, a qual apresenta uma
região lisa decorrente da fricção que se verifica entre as superfícies durante a propagação da
trinca através da seção do material Fig. 2.12, uma região áspera na qual a peça rompeu-se de
maneira dúctil, quando a seção transversal já não era capaz de suportar a carga aplicada. O
progresso da fratura é freqüentemente indicado por uma série de anéis (marcas de praia) que
se desenvolvem do ponto de início da trinca para o interior da seção. A Fig. 2.12 ilustra
também uma outra característica da fadiga, ou seja, que a falha ocorre geralmente num ponto
de concentração de tensão, tal como um canto vivo ou um entalhe, ou ainda num concentrador
de tensão metalúrgico como, por exemplo, uma inclusão [10].
Figura 2.12 - Fotografia Fratura por Fadiga, Aço AISI 8640 utilizado em eixo-pinhão redutor [8].
São três os fatores básicos necessários para causar falha por fadiga: (1) uma tensão de
tração máxima suficientemente alta, (2) uma variação ou flutuação na tensão aplicada
suficientemente grande, (3) um número de ciclos de aplicação da tensão suficientemente
grande. Além destas, existem outras diversas variáveis, tais como concentração de tensão,
29
corrosão, temperatura, sobrecarga, estrutura metalúrgica, tensões residuais e tensões
combinadas, que tendem a alterar as condições de ocorrência da fadiga [10].
2.1.2.1 Curvas S-N
O método básico de apresentação de dados experimentais de fadiga é através da curva
S-N, onde é lançada em gráfico a tensão S contra o número de ciclos necessários para a
fratura, N. O valor da tensão lançada no gráfico pode ser σa, σmáx ou σmín [10].
Como pode ser visto na Fig. 2.13 o número de ciclos de tensão que um metal pode
suportar antes de se romper aumenta com o decréscimo da tensão. A não ser que haja
indicação em contrário, N é tomado como sendo o número de ciclos de tensão necessários
para causar a fratura completa do corpo de prova [10].
Figura 2.13 - Curva S-N de Fadiga Típica para Metais Ferrosos e não Ferrosos [10]
Abaixo desta tensão limite, chamada limite de resistência à fadiga (Sf), o material pode
presumivelmente suportar um número infinito de ciclos sem se romper [10].
2.1.2.2 Mecanismos de Fadiga
Os estudos relacionados com as variações estruturais básicas experimentadas por um
metal sujeito a tensões cíclicas levaram à divisão do processo de fadiga nos seguintes estágios
[10]:
30
I. Iniciação da trinca - Inclui o desenvolvimento inicial dos danos causados por fadiga, os
quais podem ser removidos através de tratamento térmico adequado.
2. Crescimento da trinca em banda de deslizamento - Relativo ao aprofundamento da trinca
inicial nos planos de alta tensão cisalhante. Este estágio é freqüentemente chamado estágio I
de crescimento de trinca.
3. Crescimento de trinca nos planos de alta tensão de tração - Envolve o crescimento de uma
trinca bem definida em direção normal à tensão de tração máxima. Este estágio é geralmente
chamado estágio II de crescimento de trinca.
4. Ruptura final estática - Ocorre quando a trinca atinge um tamanho tal que a seção
transversal resistente não pode mais suportar a carga.
O estudo da formação da trinca em fadiga pode ser facilitado interrompendo-se o
ensaio a fim de que a superfície deformada seja removida por polimento eletrolítico.
Normalmente existirão várias bandas de deslizamento que, por serem mais "persistentes" que
as outras, permanecerão visíveis após o polimento. Estas bandas de deslizamento persistentes
são trincas de fadiga embrionárias, uma vez que após a aplicação de pequenas deformações de
tração elas se transformam em trincas macroscópicas [22]. As trincas de fadiga uma vez
formadas tendem a se propagar inicialmente ao longo dos planos de deslizamento, embora em
seguida tomem a direção normal à maior tensão de tração aplicada. A propagação da trinca de
fadiga é normalmente transgranular [10].
Uma característica estrutural importante que parece ser única para a deformação em
fadiga é a formação de ressaltos e reentrâncias na superfície, denominadas intrusões e
extrusões [23]. Metalografias realizadas cuidadosamente nas seções transversais dos corpos
de prova mostraram que as trincas de fadiga têm início em intrusões e extrusões. Várias
evidências experimentais indicam que o deslizamento cruzado desempenha papel importante
para o processo de formação das extrusões [24].
Figura 2.14 - Esquema de mecanismos de formação de extrusões e intrusões [25].
31
Os pequenos movimentos de deslizamento de vai-e-vem ocorrentes na fadiga
poderiam formar entalhes ou ressaltos na superfície, Fig. 2.14. O entalhe seria um
concentrador de tensões de dimensões atômicas, o qual poderia perfeitamente dar origem ao
início da trinca de fadiga. Este mecanismo para a iniciação de uma trinca de fadiga está de
acordo com as constatações de que as trincas de fadiga começam na superfície e,
frequentemente, em intrusões e extrusões [10].
A superfície de fratura do estágio II apresenta freqüentemente a formação de rugas ou
estrias de fratura por fadiga (Fig. 2.15). Cada estria representa a posição sucessiva de uma
frente de trinca que avança num plano normal ao da máxima tensão de tração. Cada estria foi
produzida por um único ciclo de tensões. A presença destas estrias define, sem dar margem a
dúvidas, que a falha foi produzida por fadiga [10].
Figura 2.15 - Microfractografia de um Aço, estrias de fadiga, MEV [8].
2.1.2.3 Propagações de Trinca por Fadiga
A obtenção de relações realísticas para a propagação de trinca permitirá a
implementação de uma filosofia de projeto que reconhece a inevitabilidade de trincas nas
estruturas de engenharia mas que intenciona determinar a carga e o comprimento de trinca
admissíveis para que não haja falha por fadiga num tempo de serviço preservativamente
estimado [10]. A taxa de propagação pode ser escrita como:
32
eq. 2.1 [19]
Onde p pode variar de 1 a 6 dependendo do material e do nível de tensão, A é uma constante,
e é o intervalo de intensidade de tensões calculado a partir de do ciclo de fadiga Kmáx
menos Kmín, calculado a partir de min [10]. A figura 2.16 mostra uma representação
esquemática da relação entre o crescimento da trinca de fadiga e .
Figura 2.16 - Diagrama Esquemático de Propagação da Taxa de Propagação de Trinca em Fadiga [26].
Região I, para níveis de tensão ΔK dentro dessa região, não ocorre a propagação das
trincas existentes no material. Na região II, para níveis de tensão maiores, é aplicada a
equação 2.1, e é onde ocorre a propagação linear da trinca, onde C e n são constantes. A
região III compreende fase de propagação instável da trinca, onde KIC (limite da região II) é
atingido, e a trinca cresce instavelmente até a fratura final, Kmáx [10, 27].
33
2.1.3 Fratura por Fluência
Altas temperaturas também resultam numa maior mobilidade das discordâncias devido
ao mecanismo de escalagem, que se torna importante devido à maior facilidade de difusão e
também porque a concentração de lacunas em equilíbrio aumenta com a temperatura. A
temperaturas elevadas podem ativar novos mecanismos de deformação. Em alguns metais,
com o aumento da temperatura, o sistema de deslizamento muda, ou são introduzidos
sistemas de deslizamento adicionais. A deformação nos contornos de grão torna-se uma
possibilidade adicional na deformação dos metais a temperaturas elevadas [10].
Um metal submetido a uma carga trativa constante, a uma temperatura elevada, irá
fluir e experimentar um aumento de comprimento que depende do tempo, esse fenômeno é
conhecido como Fluência [10].
A curva da Fig. 2.17 ilustra a curva de fluência. A inclinação desta curva (dε/dt ou ε) é
denominada taxa de fluência. Após uma elongação inicial rápida do corpo de prova, ε0, a taxa
de fluência diminui com o tempo e então atinge um estado de equilíbrio no qual sua variação
com o tempo é muito pequena. Finalmente, a taxa de fluência cresce rapidamente com o
tempo até ocorrer a fratura. Desta forma, é natural que a curva de fluência seja discutida em
termos dos seus três estágios [10].
Figura 2.17 - Curva de Fluência, três estágios. A - carga constante; B - tensão constante [10].
Ao se levantar uma curva de fluência, constitui prática usual manter a carga constante
ao longo de todo o ensaio. Assim sendo, à medida que o corpo de prova se alonga e tem
34
diminuída sua seção transversal, a tensão axial aumenta. O valor anunciado da tensão de
ensaio é na verdade o valor da tensão inicial aplicada ao corpo de prova.
A deformação representada por ε0 ocorre quase que instantaneamente com a aplicação
da carga. Mesmo que a tensão aplicada esteja abaixo do limite de escoamento, nem toda a
deformação instantânea é elástica. A maior parte desta deformação é recuperada
instantaneamente com a retirada da carga (elástica), enquanto uma segunda parte é recuperada
com o tempo (anelástica) e o resto não se recupera (plástica). Embora a deformação
instantânea não seja realmente fluência, ela é importante porque pode constituir uma fração
considerável da deformação total permitida em componentes de máquinas. Algumas vezes a
deformação instantânea é subtraída da deformação total do corpo de prova para que se tenha
somente a deformação devido à fluência. Este tipo de curva de fluência parte da origem das
coordenadas [10].
Em geral, considera-se a curva de fluência em três estágios. O primeiro estágio de
fluência conhecido como fluência primária, representa uma região de taxa de deformação
decrescente. Este estágio é predominantemente um período de fluência transiente, no qual a
resistência do material à fluência aumenta devido à sua própria deformação, processo de
encruamento. O segundo estágio de fluência, também conhecido por fluência secundária, é
um período de taxa de fluência aproximadamente constante que resulta de um processo
competitivo entre mecanismos de encruamento e de recuperação [10].
Por esta razão, a fluência secundária é comumente chamada de fluência em estado de
equilíbrio. O valor médio da taxa de fluência durante este estágio é denominado taxa mínima
de fluência. O terceiro estágio, ou fluência terciária, ocorre principalmente em ensaios de
fluência a carga constante, com tensões altas e a temperaturas elevadas. A fluência terciária se
verifica quando existe uma grande redução na seção transversal, seja devido à formação de
pescoço, seja por formação de vazios internos. Velocidade de recuperação maior que
velocidade de encruamento. O terceiro estágio de fluência é frequentemente associado com
variações metalúrgicas tais como crescimento de partículas de precipitado, recristalização, ou
variações difusionais nas fases presentes, aumento de microcavidades, corrosão e oxidação
[10].
35
Figura 2.18 - Macrofractografia de um CP de liga a base de níquel fraturado por Fluência [28]
2.1.3.1 Mecanismos de Fluência
Os principais processos de deformação a temperaturas elevadas são o deslizamento,
formação de subgrãos e deslizamento do contorno de grão. A deformação a altas temperaturas
é caracterizada por sua extrema falta de homogeneidade, vários processos secundários de
deformação a altas temperaturas também são observados em metais, pode-se destacar
deslizamento múltiplo, bandas de deslizamento grosseiras, bandas de dobramento, migração
de contornos de grão entre outros.
I - Deformação por deslizamento:
Quando os metais são deformados a temperaturas elevadas, novos sistemas de
deslizamento podem se tornar operativos. As bandas de deslizamento produzidas a altas
temperaturas são mais grossas e mais espaçadas do que as resultantes de deformação à
temperatura ambiente [10]. O deslizamento sob condições de fluência a altas temperaturas
ocorre em muitos planos de deslizamento para distâncias de deslizamento pequenas. Isso
acontece devido à operação de muitas fontes de discordâncias que seriam desativadas a baixas
temperaturas, porque, nestas condições, as discordâncias de anéis adjacentes iriam se repelir
mutuamente. Como a temperaturas elevadas os anéis podem realizar escalagem e então
anular-se mutuamente, pode existir um fluxo contínuo de novas discordâncias produzidas por
várias fontes [29].
II – Formação de Subgrãos:
36
A deformação em fluência é bastante heterogênea e fornece muitas oportunidades para
ocorrência de dobramento da rede, especialmente próximo aos contornos de grão. Este
dobramento dá origem à formação de um excesso de discordâncias de mesmo sinal e, como a
escalagem é permitida a altas temperaturas, as discordâncias se arranjam entre si, formando
um contorno de baixo ângulo. A densidade de discordâncias da rede de subgrãos aumenta
durante a fluência primária até atingir um nível que permanece essencialmente constante
durante o segundo estágio. O tamanho dos subgrãos depende da tensão e da temperatura.
Altas temperaturas e tensão e taxa de fluência pequenas dão origem a subgrãos grandes [10].
A formação de uma estrutura de subgrãos ocorre mais facilmente nos metais de alta energia
de falha de empilhamento (EDE).
III – Escorregamento dos contornos de grão:
A altas temperaturas os grãos dos metais policristalinos conseguem movimentar-se
relativamente uns aos outros. O escorregamento dos contornos de grão é um processo de
cisalhamento que ocorre na direção do contorno de grão e é favorecido pelo aumento da
temperatura e/ou pelo decréscimo da taxa de deformação. Embora a maioria dos estudos
indique que o escorregamento ocorre ao longo do contorno de grão, resultante do movimento
simultâneo de todo o volume de cada grão, outras investigações indicam que ele é decorrente
do escoamento de uma área amolecida pertencente a um dos grãos e situada a uma distância
finita do contorno de grão. O processo de escorregamento dos contornos de grão ocorre de
maneira descontínua com o tempo, e a quantidade de deslocamento cisalhante não é uniforme
ao longo do contorno de grão [30, 31]. Os diversos estudos indicam que a deformação devido
ao escorregamento dos contornos de grão representa poucos por cento até 50% da deformação
total da amostra, dependendo do metal e das condições do ensaio. No entanto, na maioria dos
sistemas estudados encontrou-se uma relação linear entre a distância total de escorregamento
dos contornos e a elongação total [10].
O papel mais importante desempenhado pelo escorregamento dos contornos de grão
está relacionado com o início da fratura intergranular. Para que ocorra deformação nos
contornos de grão sem que haja formação de trincas, deve existir um mecanismo de
deformação que permita a continuidade da deformação ao longo do contorno de grão. Uma
maneira de acomodar a deformação nos contornos de grão a altas temperaturas é através da
formação de dobras no fim de um contorno de grão. Um outro processo de recuperação é a
migração dos contornos de grão, no qual o contorno movimenta-se em direção normal a si
37
próprio sob a influência de uma tensão cisalhante e promove um alívio da concentração de
deformação [10].
2.1.3.2 Aspectos de Fratura por Fluência
Sabe-se que os metais experimentam uma transição de fratura transgranular para
intergranular à medida que a temperatura aumenta. Quando ocorre a fratura transgranular, os
planos de deslizamento são mais fracos do que os contornos de grão, enquanto que para a
fratura intergranular o contorno de grão é o componente menos resistente. O terceiro estágio
de fluência está relacionado com o desenvolvimento de trincas intergranulares e cavidades,
Fig. 2.19 [10].
Figura 2.19 - Representação Esquemática de Trincas Intergranulares devido ao Escorregamento dos Contornos
de Grão [28]
As trincas em formato de cunha iniciam-se principalmente em pontos triplos de
contornos de grão e se propagam ao longo dos contornos que são aproximadamente normais à
tensão aplicada. Este tipo de trinca é resultante do escorregamento dos contornos de grão em
um ponto de concentração de tensões, da maneira esquematizada na Fig. 2.19 [10].
38
Figura 2.20 - Cavidade tipo W nucleadas numa liga incoloy 800 MEV [28]
2.1.4 Fratura por Corrosão sob Tensão (CST)
Geralmente, a CST é iniciada por uma ruptura da película de óxido protetora sobre o
metal. Esta ruptura pode ocorrer devido a uma ação mecânica ou uma ação química. Locais de
iniciação de possíveis CST incluem heterogeneidades microscópicos, como as diferenças na
composição química, quantidade de espécies corrosivos e / ou espessura da película protetora
e sites de concentração de tensão, como uma marca preexistente na superfície. Pontos de
corrosão se formam em áreas rompidas e a trinca começa a se propagar na raiz dos pites de
corrosão. Ação eletroquímica mantém a ponta da trinca aguda, com a corrosão continuando na
ponta da trinca que se propaga. O metal sem a película protetora ou camada passivada é
exposto pelo deslizamento (isto é, deformação plástica) que ocorre na ponta da trinca. A nova
superfície de metal que é exposto torna-se anódico em relação a áreas adjacentes que agem
catodicamente. O metal corroído fica passivado novamente e o processo de crescimento de
trinca é repetido. A trinca se propaga em uma gradativamente em um modo transgranular ou
intergranular dependendo das condições do metal e ambiente. Caracteristicamente, a CST
gera ramificações através da trinca principal que cresce em uma direção perpendicular com a
principal componente de tensão de tração [32].
A CST ocorre sob a ação combinada de uma tensão de tração (aplicada ou residual) e
um ambiente agressivo. No entanto, uma específica combinação metal-meio é necessária para
CST a ocorrer [32].
39
Figura 2.21 - Evolução Esquemática do Mecanismo de CST [32].
2.1.4.1 Aspectos fractográficos da CST
Macroscopicamente, a fratura é sempre frágil, mesmo em materiais com
comportamento dúctil. Normalmente a fratura caracteriza-se por duas zonas: a primeira
resultante do desenvolvimento de trincas por CST e a segunda resultante da ruptura brusca.
Geralmente, a fratura ocorre em um plano perpendicular à tensão aplicada.
Microscopicamente, a fratura é transgranular ou intergranular, com presença de facetas de
clivagem. Dependendo do nível de tensão aplicado ao material, pode ocorrer o surgimento de
ramificações de trincas [8].
Figura 2.22 - Corpo de Prova trincado por CST - Aço Austenítico Inoxidável AISI 304 (soluções contendo
cloretos a temperatura ambiente) [8].
40
2.1.5 Fratura por Hidrogênio (Fragilização)
A exposição do material ao hidrogênio pode gerar consequências a suas propriedades
mecânicas. Uma das principais razões para os danos causados pelo hidrogênio em metais e
ligas é o tamanho extremamente pequeno do átomo de hidrogênio, o que favorecesse sua
rápida movimentação no interior do material [32].
Hidrogênio em aços difunde-se cerca de 10 µm/seg., à temperatura ambiente. Esta
difusão rápida de hidrogênio é devido, em parte, a seu tamanho extremamente pequeno. Em
geral, hidrogênio tende a se acumular em defeito no material onde ele causa uma fragilização,
que pode levar o material à fratura [32].
Figura 2.23 - Desenho Esquemático do Processo de Transporte do Hidrogênio em Materiais Metálicos [33]
A Fig. 2.23 mostra esquematicamente os processos de transporte na ponta de uma trinca.
Este transporte de hidrogênio pode ser dividido nas seguintes etapas [32]:
Difusão do hidrogênio na superfície;
Adsorção na superfície;
Dissociação na superfície de adsorção;
Penetração através da superfície;
Difusão pelo corpo do material.
41
Figura 2.24 - Trinca causada por fragilização de Hidrogênio em uma zona termicamente afetada em um aço
baixo carbono soldado com eletrodo revestido [34]
2.2 Fratura em Molas
Mais da metade de todas as molas metálicas que falham em testes ou serviço falham por
um mecanismo de fadiga. A falha por fadiga pode ser iniciada por defeitos ou fissuras
preexistentes, corrosão, desgaste ou entalhes causada por fatores externos. Uma vez iniciada,
uma trinca por fadiga vai crescer através da seção da mola até a seção da mola ser reduzido e
não poder mais suportar a tensão aplicada máxima, onde falha por sobrecarga ocorrerá. Molas
são invariavelmente fabricados a partir de materiais de alta resistência, o mais importante dos
quais são aços carbono, aço de baixa liga, aços inoxidáveis e todas são susceptíveis a falha
por fadiga [27].
Geralmente a iniciação da trinca é muito pequena para ser vista num exame
metalográfico, mas uma vez que a propagação é iniciada, ele ocorre de forma relativamente
rápida e, geralmente, antes de outras fissuras. Além disso, a falha de uma mola metálica por
mecanismo de fadiga é quase sempre súbita e catastrófica: não há nenhum aviso de falha
iminente [27].
Tensão residual é uma variável chave que influencia a resistência à fadiga. Quando
tensões residuais de compressão estão presentes, a tensão aplicada necessária para atingir o
limite de resistência para a propagação de trinca por fadiga terá que ser elevada para superar
42
tensão residual. Além disso, a resistência à fadiga é afetada pela rugosidade da superfície. É
por isso que a técnica de Shot Peening é amplamente utilizada na fabricação de molas [27].
. A probabilidade de falha por fadiga está relacionada a fatores materiais
fundamentais, mas também para cada um dos seguintes fatores de aplicação:
- Material e tipos de forças aplicadas;
- Máxima tensão aplicada, regime de tensão (flexão, torção, ou uma combinação), e o número
de ciclos;
- Qualidade da superfície;
- Processo de fabricação das molas, tensão residual e rugosidade superficial;
- Ambiente, corrosão e temperatura;
- Taxa de aplicação da carga;
- Desgaste e fricção;
- Fragilização e rachaduras.
Os processos de fabricação de mola mais comuns podem ter alguma influência em
características como tensão residual ou rugosidade da superfície e, assim, afetar o
desempenho fadiga das molas. Os princípios mais importantes envolvidos são os seguintes:
- Formar uma mola, geralmente envolve dobrar arame ou esticar até a forma requerida. Neste
processo, o material de mola será sobre dobrado e este terá uma força contrária agindo. As
tensões residuais serão consequência da força de repulsão contrária da mola;
- Alivio de tensões, tratamento térmico, após a formação da mola irá estabilizar o formato da
mola e aliviar, não totalmente, as tensões residuais introduzidas durante sua conformação.
- Pré-tensão aplicada, é um processo amplamente utilizado na indústria de molas, onde as
molas são pré-tensionadas, desviando de sua posição normal de trabalho, causando
deformação plástica do material na direção da aplicação das cargas e assim induzindo um
limite maior de resistência e tensões residuais benéficas. (Fig. 2.25)
- Shot Peening é o processo mais importante para a resistência à fadiga. (Fig. 2.25)
43
Figura 2.25 – Diagrama S-N para Shot Peening e Pré-stress em Molas de Aço Cromo-Vanádio sob Compressão
(ASTM A231) [27].
Se uma carga for aplicada e removida muito rapidamente em uma mola, esta pode não
agir tão rapidamente quanto a taxa da carga aplicada. Cada mola tem sua frequência natural
que determina a sua velocidade máxima de operação. Além disso, em certas condições
dinâmicas, pode ser propenso a ocorrer ressonância. Em qualquer uma dessas circunstâncias,
a variação de tensão efetiva para a mola pode ser significativamente mais elevada do que o
calculado, e consequentemente, o desempenho de fadiga pode ser muito pior que o esperado
[27].
Desgastes também podem preocupar, quando a mola está em contato outros
componentes próximos a ela. A resistência ao desgaste dos materiais de mola são altas, porém
a região do desgaste obviamente, é mais suscetível a falha por fadiga, pois pode se tornar um
ponto de maior concentração de tensão com o passar do tempo, e ser o sítio inicial de
propagação de uma trinca.
Fragilização por hidrogênio ou de metal líquido, podem causar a falha de uma mola
caso elas venham a aparecer em condições onde a mola está sobre carga, sem a necessidade
de qualquer mecanismo de fadiga.
Diagramas de Goodman são a fonte mais útil de dados de fadiga para os designers de
molas, mas usar os diagramas de Goodman requer compreensão das circunstâncias de design
aplicáveis. Em caso de dúvida, o teste de fadiga de amostras é aconselhado. O teste é
44
aconselhável sempre que um projeto da mola está próximo do limite de projeto representados
num diagrama Goodman (alguns dos quais são elaborado com base em apenas 95% de
probabilidade de sobrevivência), ou se a mola real difere a partir dos dados publicados, em
termos de qualidade da superfície, pré-stress, engenharia de superfície, ambiente operacional,
tamanho do fio maior do que aquele para o qual o diagrama Goodman é aplicável, ou outros
fatores. Um diagrama típico Goodman é mostrado na Fig. 2.26 [27].
Figura 2.26 - Diagrama de Goodman para um ciclo de vida em fadiga de 107 para uma mola de aço Si-Cr
(ASTM A401) em compressão [27].
2.3 Análise de Falhas
A investigação de falha pode ter vários objetivos, como atribuir culpa pelo fracasso,
apontando um fornecedor negligente, um indivíduo ou departamento trabalhando de forma
inadequada. Outro tipo de análise de falhas envolve simplesmente encontrar a causa para que
o problema não ocorra novamente. Ocasionalmente, uma análise de falhas é feita por razões
puramente acadêmicas. Em qualquer caso, a importância do procedimento não pode ser
subestimada. Muitas falhas envolvem a perda da vida, a integridade física, e milhões de reais
em danos materiais.
Análise de falhas é um processo realizado a fim de determinar as causas ou fatores que
levaram a uma perda indesejada de funcionalidade. A contribuição do engenheiro de materiais
para o avanço da base científica de análise de falhas tem sido grande nas últimas décadas. As
razões para esta estão relacionadas ao fato de que muitos dos "defeitos" que as pessoas estão
45
procurando são visíveis apenas em uma escala microscópica. Enquanto microscópios pode ser
amplamente disponível, o conhecimento necessário para interpretar as imagens é mais raro.
2.3.1 Prática de Análise de Falhas
Embora a sequência possa variar, dependendo da natureza da falha e da
disponibilidade de evidências físicas ou informação necessária, há fases que são comuns a
todas as análises de falha.
As etapas abordadas na análise de falha:
- Recolhimento de dados e seleção de amostras
- Análise preliminar da parte falhada (exame visual e manutenção de registros)
- Ensaios não destrutivos
- Seleção, identificação, conservação e / ou limpeza de espécimes críticas
- Exame macroscópico e de análise (superfícies de fratura, trincas secundárias e outros)
- O exame microscópico e análise de superfícies de fratura
- Análise do estado de tensão real do componente
- Mecânica da Fratura
- Determinação do modo de fratura
- Metalografia ou análise microestrutural
- Ensaios mecânicos
- Análise química
- Testes de simulação
Ao final, a investigação conclui com uma síntese e interpretação dos resultados
obtidos. Este passo pode realmente necessitar da reiteração de etapas anteriores ou a
introdução de novas medidas. Análise de falha também pode ser um processo multidisciplinar
e que pode exigir a consulta com especialistas em outras disciplinas ao longo da investigação.
Uma vez que todas as informações foram montadas, em seguida, a etapa final é a síntese de
todas as provas e formular conclusões. Este requer a escrever um relatório com
recomendações de acompanhamento sobre prevenção de falhas futuras. O objetivo de cada
analista falha é determinar, não só o mecanismo de falha, mas também a causa, o qual pode
estar relacionado com mau uso, práticas inadequadas de manutenção, ou aplicação indevida,
ou relacionado com as propriedades do material, design ou fabricação do produto [9].
46
2.3.1.1 Manuseio de Amostras
Uma vez ocorrida a fratura e registradas as condições iniciais de falha com
componente e/ou estrutura, é necessário fazer o estudo mais detalhado das partes falhadas
com o recolhimento de amostras para análise.
Ironicamente as superfícies de fratura são frágeis e podem ser facilmente submetidas a
danos mecânicos e corrosivos, que podem destruir ou mascarar as informações que estas
superfícies oferecem. Sempre se deve tomar todo cuidado no manuseio das partes a serem
analisadas, principalmente as superfícies de fratura. Sempre evitar encaixar novamente as
peças fraturadas para que nenhum dano na superfície ocorra, evitar o contato excessivo dos
dedos na superfície para evitar marcas e até mesmo oxidação excessiva do local.
Como em uma cena de crime, todos os cuidados com as evidências da falha devem ser
tomados para que as mesmas não sejam alteradas ou contaminadas. É recomendado que as
superfícies em análise sejam protegidas, utilizando pacotes impermeáveis e de proteções de
papelão e isopor e uso de plástico bolha, que protege a peça de prováveis impactos no
transporte.
O manuseio da amostra deve ser tomado como de grande importância, pois uma
simples avaria na amostra a ser analisada, pode acabar com toda uma análise e impossibilitar
a conclusão da causa da falha.
2.3.1.2 Limpeza
Os componentes falhados, na maioria das vezes não se apresentam limpos. Diversas
substâncias podem estar presentes na amostra e na superfície de fratura. Muitos dos
componentes falhados são componentes de máquinas, motores entre outros equipamentos que
possivelmente estarão em contato com óleos, lubrificantes, graxas, solventes, terra, tinta,
poeira entre outros. Estas substâncias podem dificultar o trabalho de análise de falha. Por isso
a limpeza adequada e cuidadosa da amostra é importante para se efetuar uma análise coerente
[27].
Quando a superfície de fratura está recoberta, todo o cuidado deve ser tomado para
que a limpeza, ao invés de facilitar a análise não elimine informações essenciais para a
compreensão da falha. Maiores cuidados devem ser tomados na limpeza de amostras a serem
observadas por meio de microscopia eletrônica de varredura (MEV). Em alguns casos, nem é
recomendada a limpeza para que a mesma não retire vestígios de produtos de corrosão
específicos ou mesmo de substancias explosivas.
47
As técnicas de limpeza das superfícies de fratura devem ser tomadas pela ordem das
menos agressivas para as mais agressivas, como por exemplo:
1- Sopro de ar seco;
2- Limpeza com escova macia;
3- Descolagem de sujeiras;
4- Agitação Ultrassônica;
5- Limpeza com solventes orgânicos;
6- Limpeza com detergentes;
7- Limpeza catódica;
8- Limpeza com ataque químico ácido ou álcali.
2.3.1.3 Fotografia
O principal meio de documentar as condições e características observadas durante uma
investigação de análise de falhas é a fotografia. Fotografia na análise de falhas é uma
combinação de ciência e arte. Técnicas adequadas de imagem são necessários para produzir
uma fotografia aceitável superfície de fratura e de todo o componente falhado. A utilização de
equipamentos adequados, a técnica adequada, e o estudo das fotografias resultantes podem
levar a resultados excepcionais.
As documentações fotográficas de componentes que falharam no campo requerem a
fotografia da falha do componente, a montagem, e toda a estrutura deste. A documentação
deve incluir a orientação e a ligação de vários componentes e deve incluir vários pontos de
vista de cada componente. As composições devem evitar objetos estranhos na imagem que
fariam complicar a fotografia e gerar uma ideia confusa do componente. A iluminação no
registro fotográfico tem uma enorme importância. A iluminação fotográfica no campo deve
evitar sombras que resultam em excessivo contraste. Sombras podem ser minimizadas com o
uso de flash de preenchimento [27].
O uso de escalas é recomendado para as fotos de grandes estruturas, podendo ser
pessoas. Em fotos menores o uso de pequenas escalas deve ser empregado. Se possível, é
desejável fotografar as partes ou pedaços no laboratório, onde as condições de iluminação e
posicionamento podem ser mais bem controladas.
E uma das principais importâncias do registro fotográfico é de gerar a documentação
das amostras a serem analisadas. É importante durante o processo de documentação
fotográfica de campo registar o nome e descrição de componentes para auxiliar no processo
48
de análise de falha de laboratório, bem como na preparação do relatório, indicar todas as
amostras que foram entregues e enviadas para análise e outras comunicações necessárias.
O registro deve ser feito por alguém experiente e que possua uma aparelhagem de
qualidade, como máquinas profissionais, lentes, flash, rebatedores, fundos e etc.
2.3.1.4 Análise Macroscópica (visual)
A análise macroscópica ou exame visual é o primeiro e mais importante passo na
análise de falhas. Na maioria dos casos, o diagnóstico é feito pelo exame visual, e os testes
são realizados para confirmar ou negar isso.
Se a falha é complexa, como uma explosão ou um acidente de avião, é necessário
começar por analisar e, possivelmente, o mapeamento da cena geral da falha. Um erro comum
no exame visual é chegar a uma conclusão de que a primeira parte quebrada é a causa geral do
fracasso, quando poderia ser apenas um resultado da falha. Começa-se o exame a olho nu,
então aumenta-se a ampliação usando um simples dispositivo de ampliação, por exemplo uma
lupa ou lente de aumento.
Durante a análise visual, inúmeras evidências e conclusões preliminares podem ser
tomadas. Deve-se procurar possíveis evidências de abuso da peça. Levantar algumas
perguntas pode ajudar o analisador a encontrar um caminho inicial no qual poderá se guiar na
busca das causas das falhas, perguntas como – Essa fratura ocorreu primeiro ou foi o
resultado da fratura final?; Como essa fratura ocorreu?; Há indicações de deformação,
sobrecarga, ou se trata de uma fratura frágil? Qual direção de carregamento que gerou a
falha?; Há marcas de corrosão por stress, abrasão, pites de corrosão, estrias de fadiga na
amostra?; Quais os pontos de origem da fratura na superfície do material? [27]
Um dos principais objetivos do exame visual de laboratório é para confirmar o
mecanismo de origem das fraturas. Isso muitas vezes requer um exame de maior ampliação
para sua constatação, como microscopia eletrônica de varredura (MEV).
A tabela 2.3 mostra as possíveis conclusões fractográficas que se podem chegar
através da análise macroscópica.
Tabela 2.1 - Características Fractograficas em Análise Macroscópica [9]
Indicação Implicação
Distorção Visível Deformação plástica excedeu limite
de escoamento
Pode indicar instabilidade
49
(empescoçamento, flambagem).
Trincas ou cortes visíveis Possível ponto de concentração de
tensão para início e propagação de
uma trinca.
Orientação da superfície de fratura em
relação a geometria do componente
Determinar modos de carregamento
(I, II ou III)
Identifica macroscopicamente fratura
dúctil ou frágil
Fratura plana e superfícies de cisalhamento Propagação de trinca paralelo as
superfícies de cisalhamento
Modo de fratura misto
Rachadura estreita na superfície Carregamento cíclico
Possíveis defeitos de processo, ex.:
shoot peening
Marcas radiais e marcas de sargento Aponta direção de propagação da
trinca
Indica origem da trinca
Marcas de linhas (carregamento monotônico) Linhas apontam em direção a
propagação da trinca
Marcas de linhas (carregamento cíclico)
Marcas de praia
Carregamento cíclico
Propagação da superfície para centro
“Ratchet marks” Carregamento cíclico
Pode indicar pontos de origem da
trinca
Superfície de fratura descolorada Pode indicar ambiente corrosivo
Pode indicar elevada temperatura
Marca de oxidação na superfície fratura Pode indicar origem da fratura
Superfície de fratura refletiva Fosca: fratura dúctil ou fadiga
Brilhante: clivagem
Facetada e brilhante: Fratura
intergranular em grãos grandes.
50
Superfície de fratura rugosa Região lisa e região rugosa em
direção ao crescimento –
carregamento cíclico
Rugosa fosca fratura dúctil
Pode indicar transição de fratura por
fadiga para catastrófica
Atrito Pode indicar vibração
Pode indicar torção
Eliminar marcas de praia
2.3.1.5 Estereoscopia
Estereoscópio óptico é utilizado rotineiramente em análise de falhas para analisar e
caracterizar a superfície de fratura. Imagens observadas no estereoscópico são registrados
para a documentação das funcionalidades presentes e pode ajudar a concluir as causas da
falha. Um estereoscópio é capaz de gerar ampliações de 100x até 1000x, através de um jogo
de lentes. A Fig. 2.27 mostra uma imagem obtida por estereoscopia.
Figura 2.27 - Macrofractogrfia por estereoscopia de uma amostra fraturada por fadiga [9]
Imagens por estereoscopia de uma superfície de fratura requerem um ajuste do
microscópio para dar a profundidade de campo adequada. Isto é conseguido através do ajuste
do campo abertura. Quanto maior é a abertura da lente, menor é a profundidade de campo,
quando menor a abertura maior a profundidade. Todas as técnicas de iluminação de superfície
51
aplicadas a fotografia são igualmente aplicadas a estereoscopia, e semelhantes resultados são
obtidos. É especialmente importante dominar essas técnicas pois a superfície de fratura
contém informações que podem não ser notadas caso a análise ocorre de forma ineficiente.
2.3.1.5.1 Técnicas de luz
Um esquema básico de iluminação de superfícies de fratura de amostras é mostrado na
Fig. 2.28. Iluminações sem sombra de uma superfície pode ser obtida com um fundo branco,
apoiando a amostra sobre um vidro sobre um fundo branco e uma luz perpendicular à
superfície da amostra. Um refletor é sempre sugerido para garantir condições corretas de
iluminação, difusores também podem ser apropriados para diminuir a intensidade do feixe de
luz e dispersar a luz de maneira mais homogênea [16].
Figura 2.28 - Desenho esquemático de arranjos básicos de luz em estereoscopia [16]
A intensidade da luz também é fundamental, e deve ser controlada de maneira a não
“estourar” a imagem. Fraturas com texturas (Ex.: Dúcteis) é mais bem iluminada quando o
feixe de luz é colocado a certo ângulo da superfície da amostra. Como se pode ver na Fig.
2.29, os ângulos de luz são mais importantes que até mesmo a intensidade de luz sobre a
amostra [16]. Conforme o ângulo diminui em relação a superfície da amostra, maiores
detalhes da superfície de fratura são revelados na imagem.
52
Figura 2.29 - Macrofractografias de uma mesma amostra sob diferentes ângulos de luz [16]
2.3.1.6 Difração de Raios-X
Difração de raios-X (DRX) para análise de tensão residual é uma ferramenta essencial
para a análise de falhas. Difração de Raio X como métodos de medição de estresse são
comumente aplicados para a conclusão bem sucedida de análise de falha, em muitos casos,
são os únicos viáveis para a aquisição dos dados necessários. Análise de tensão por difração
de raios- X pode ser utilizada em situações que as falhas resultaram de sobrecarga, corrosão
sob tensão, fadiga, concentração de tensões, ou processos errados de fabricação. Esse método
também pode ser aplicado à avaliação de correção de medidas e otimização dos parâmetros de
produção para aumentar a vida útil dos componentes [9].
Técnicas de difração de raios -X foram aplicadas já em 1925 para medição de tensão
residual em uma variedade de materiais. Avanços consideráveis já foram feitas na velocidade
detector e resolução, análise de dados e processamento (principalmente devido ao advento do
computador pessoal) e equipamentos de portabilidade. A importância do método de XRD
reside na sua capacidade para medir stress residual com uma elevada resolução espacial,
velocidade, e uma excelente precisão, e, em muitos casos, as medições podem ser realizadas
de modo não destrutivo [35]. A medição da tensão residual através de XRD é geralmente
limitada a materiais policristalinos [36], isto é, em materiais com uma estrutura de grão, como
normalmente encontrada em metais e suas ligas, bem como em cerâmica policristalinos (por
exemplo: óxidos, carbonetos, nitretos, etc.). Os tamanhos das amostras que podem ser
avaliados usando DRX podem variar muito de tão pequeno quanto à cabeça de um alfinete ou
grande como um navio A precisão e exatidão dos resultados obtidos é geralmente uma função
do instrumento utilizado, condição de material, técnica de medição utilizada, e posterior
análise de dados [37].
53
As tensões residuais presentes em um componente podem surgir em quase todas as
etapas de processamento e, em muitos casos, pode desempenhar um papel chave na
determinação da vida de um componente de serviço eficaz [38]. Quando se suspeita de tensão
residual como um fator que contribui para a falha prematura, tais suspeitas podem ser
validadas por DRX. Análise de tensão por difração de raios-x deve ser realizado quando:
- Experimentam cargas estáticas que são uma fração do equivalente máxima permitida
(concentrações de tensão, sobrecarga);
- Distorcer ou formar rachaduras, sem cargas aplicadas;
- São colocados em ambientes corrosivos (corrosão);
- Experimente carga cíclica em serviço (fadiga mecânica ou térmica);
- Pode ter sido objeto de um tratamento inadequado na fabricação (shot peening, moagem,
trituração, etc.);
- Pode ter sido sujeito a um tratamento térmico inapropriado (alívio do estresse, têmpera por
indução, serviço temperatura, as tensões térmicas, etc.).
2.3.1.7 Ultrassom
Ultrassom de inspeção é um método não destrutivo em que feixes de alta frequência
energia acústica são introduzidos na superfície de um material para detectar defeitos
superficiais ou internos, medir a espessura do material, e medir a distância de uma falha.
Feixes ultrassônicos atravessam o material até que se atinja uma interface ou descontinuidade,
como uma falha. Interfaces e falhas interrompem o feixe e refletem uma parte da energia
acústica incidente. A quantidade de energia refletida é uma função da (a) natureza e a
orientação da interface ou falha e (b) a impedância acústica de tal refletor. Energia refletida de
várias interfaces e defeitos podem ser utilizados para definir a presença e localização de
falhas, a espessura do material, e a profundidade de um defeito sob uma superfície [39].
A maioria das inspeções de ultrassom são realizadas usando uma frequência entre 1 e
25 MHz. Curtas rajadas de choque de energia de ultrassom são destinadas para dentro do
material a partir da unidade de ultrassons. O pulso elétrico a partir do detector de falha é
convertido em energia de ultrassons por um elemento transdutor piezoeléctrico na unidade de
busca. A energia de ultrassons se desloca através do material a uma velocidade específica que
depende sobre as propriedades físicas do material e sobre o modo de transmissão de ondas de
ultrassom. A quantidade de energia refletida ou transmitida através de uma interface, outro
tipo de descontinuidade, ou refletor é dependente das propriedades do refletor. Esses
fenômenos fornecem a base para o estabelecimento de dois dos parâmetros de medição mais
54
comuns usados em inspeção de ultrassons: a amplitude da energia refletida a partir de uma
interface ou da falha e o tempo necessário para o feixe de ultrassons atingir a interface ou
falha [39].
Os exames por ultrassom são capazes de detectar falhas como: inclusões, trincas,
segregações, porosidades, trincas de fadiga, corrosão, erosão. Bem como medir a espessura de
paredes de tubos e chapas.
2.3.1.8 Microscopia Eletrônica de Varredura – MEV
A microscopia eletrônica de varredura (MEV) é um dos instrumentos mais versáteis
para a investigação de análise de falhas em materiais metálicos [27].
As qualidades e vantagens do MEV estão vinculadas as suas grandes ampliações e
nitidez de imagens. Imagens são geradas com um grande potencial de gerar informações
valiosas na busca pela elucidação das causas das falhas. Uma grande quantidade de
equipamentos também pode ser utilizada no MEV, como por exemplo, o EDS, onde as
composições superficiais da amostra pode ser determinadas [27].
A capacidade de obter imagens em foco de amostras irregulares é característica que
proporciona as imagens de MEV sua característica de aparência tridimensional [40].
Alterando o tipo de fonte de elétrons usada, os sinais a serem processados, e o tipo de
sistemas de vácuo, um MEV pode ser projetado para melhorar determinadas capacidades. Por
exemplo, a escolha correta da fonte de elétrons pode ser utilizada para melhorar a imagem, ao
alterar os tipos de detectores de raios-x pode se proporcionar uma melhor análise química. A
modificação do sistema de vácuo pode permitir o exame de uma vasta gama de tipos de
amostras, incluindo não condutora ou amostras úmidas [40].
A MEV convencional geralmente usa um filamento aquecido para produzir elétrons.
Estas fontes térmicas, usam ou tungstênio ou hexaboreto de lantânio (LaB6) como o material
de filamento. O tungstênio é mais barato e mais robusto, enquanto é LaB6 mais brilhante e
dura mais tempo. Um MEV convencional também requer que a amostra seja condutora para
evitar uma acumulação de carga na amostra que afete os elétrons primários e secundários
emitidos, resultando em uma má qualidade de imagem. A amostra deve também ser seca,
quando colocado na câmara de vácuo, um sistema de saída de gás também é usado, para evitar
qualquer contaminação que possa ocorrer na câmara proveniente da amostra. As restrições
sobre a amostra podem ser superadas modificando os sistemas de vácuo e do sistema de
detecção utilizado [40].
55
2.3.1.8.1 Operação
Conforme mostra a Fig. 2.30, um desenho esquemático, os elétrons são gerados no
topo do MEV, pelo filamento, o foco é controlado pelas lentes e bobinas eletromagnéticas até
chegar na amostra. [27].
Figura 2.30 - Esquema de funcionamento MEV [41]
O canhão de elétrons é constituído por um filamento, normalmente de tungsténio ou
LaB6. A corrente é aplicada ao filamento, provocando o aquecimento por resistência e resulta
na emissão de elétrons, que são atraídos para baixo pelo ânodo [40].
O feixe de elétrons passa o ânodo, e entra no primeiro conjunto de lentes
eletromagnéticas, chamadas coletivamente de lentes condensadoras. À medida que a força das
lentes do condensador aumenta, o tamanho do feixe torna-se progressivamente menor. Depois
de passar através do conjunto de lentes do condensador, o feixe de elétrons entra na lente
objetiva. A lente objetiva foca o feixe na superfície da amostra [40, 42].
2.3.1.8.2 Caracterização Química
Muitas técnicas analíticas estão disponíveis para o estudo e caracterização de
superfícies, estas técnicas fornecem dados sobre a topografia física, propriedades físicas,
composição química e estrutura química das superfícies em estudo. A maior parte destas
técnicas são baseadas em bombardear a superfície com fótons, raios-x, íons, nêutrons ou
elétrons e analisar a radiação emitida e / ou refletida a partir da superfície. Algumas técnicas
56
fundamentais tornaram-se padronizados e estão disponíveis para a maioria das análises de
falha. Os métodos analíticos mais comuns para a caracterização química de superfícies estão
apresentados na Fig. 2.31. As técnicas a serem aplicadas a uma falha em particular dependerá
do tipo e tamanho da amostra, a profundidade da análise, o tipo de informação pretendida, a
facilidade de realizar a análise, a permissível destruição da amostra em qualquer preparação
ou análise, e o custo/tempo necessário. As informações necessárias sobre as superfícies em
uma análise de falha variam de falha para falha. Nenhuma técnica pode caracterizar
completamente uma superfície, mas uma completa caracterização raramente é necessária para
resolver um caso particular [43].
Figura 3.31 - Avaliação das Diversas Técnicas de Análise Química Superficial – EDS: espectroscopia de energia
dispersiva; WDS, espectroscopia de comprimento de onda dispersivo; AES: espectroscopia Auger; XPS,
espectroscopia de fotoelétrons de raios-x; TOF-SIMS: esp [43]
Compreender as diversas técnicas de análise permite que um analista selecione os
método(s) mais adequados para se obter a dados necessários para cada falha. Em muitos
casos, uma combinação de técnicas analíticas pode ser necessária para avaliar a natureza
física e química da superfície em estudo [27].
Para aqueles que executam testes analíticos, a superfície pode ser qualquer lugar a
partir do topo até alguns micrometros para dentro da amostra, dependendo da profundidade da
análise da técnica que está a ser aplicado. As técnicas de espectroscopia de elétrons de AES e
XPS tem profundidade de análise, em média, de cerca de 5 ηm, enquanto TOF - SIMS é ainda
mais sensível, resultante da maior parte do seu sinal a partir da parte superior 2 ηm. Por estas
técnicas serem tão sensíveis, eles são frequentemente utilizados em análise de falhas.
Aplicações típicas incluem a identificação de camadas finas de contaminantes nas superfícies
ou nas interfaces, avaliação dos processos de limpeza, bem como a identificação de manchas
e descolorações [27].
Análise de falhas de sucesso muitas vezes pode ser uma questão de juntar os diferentes
pedaços de informação que diferentes técnicas podem proporcionar. Cada um dessas técnicas
de análise de superfície fornece uma visão diferente da superfície da amostra e, portanto, uma
peça diferente do quebra-cabeça.
57
2.3.1.9 Metalografia e Análise Microestrutural
O exame metalográfico é um dos procedimentos mais importantes utilizados na
análise de falhas. Juntamente com as análises por microscopia ótica e eletrônica de varredura
ela se torna uma das principais técnicas na busca pelos fatores causadores da falha. A
Metalografia pode ser feita em diversos tipos de amostras, e devidamente procedida, pode ser
a chave para se chegar a conclusões fundamentais na análise de falha [34].
Na análise metalográfica não se pode prever o que a microestrutura do material irá
revelar, a preparação da amostra deve ser perfeita, caso contrário, informações críticas
poderão ser facilmente perdidas. Essa regra básica da metalografia tem sido provada
continuamente toda vez que a preparação não se dá de maneira correta. Os procedimentos de
preparação de amostra e a amostra devem prover os itens a seguir:
Deformação induzida pelo corte, lixamento e polimento devem ser removidos ou ser rasa
o suficiente para ser removida pelo produto corrosivo;
Arranhões grossos de lixamento devem ser removidos; arranhões polimento mesmo muito
finas podem não ser tolerável para examinar partes falhadas;
Arrancamento, corrosão, rachaduras de partículas duras, manchas e outros artefatos de
preparação devem ser evitados;
Saliências (ou seja, variações excessivas superfície de altura entre as características
estruturais de dureza diferente) devem ser minimizadas, caso contrário, partes da imagem
estão fora de foco em grandes ampliações. Saliências elevadas invalidam medições e
análises de imagem, e é indesejável para a análise química de comprimento de onda
dispersivo;
A superfície deve ser plana, particularmente nas bordas (se forem de interesse), ou que
não podem ser examinados. Preservação das bordas é de fundamental importância nos
estudos de falha, pois muitas falhas começam em superfícies externas;
Superfícies revestidas ou chapeadas devem ser mantidas planas para que possam ser
examinados, analisados, medida, ou fotografadas;
Um produto corrosivo (ataque químico) deve ser utilizado, que revela toda a estrutura em
primeiro lugar. Mais tarde, pode ser útil utilizar um produto corrosivo seletivo que revela
apenas a fase ou componente de interesse, ou pelo menos produz fortes contrastes ou
diferenças de cor entre duas ou mais fases presentes, para melhorar a precisão das
58
medições microestruturais ou para melhor revelar presença relativa de componentes
indesejáveis ou fases.
2.3.1.9.1 Embutimento
O objetivo principal do embutimento de amostras metalográficas é a conveniência na
manipulação das amostras de formatos difíceis ou tamanhos muito pequenos, durante as
etapas subsequentes da preparação e exame metalográfico. Um objetivo secundário é o de
proteger e preservar bordas externas ou defeitos de superfície durante a preparação
metalográfica. O método de montagem não deve de maneira nenhuma ser prejudicial para a
microestrutura da amostra [27].
O método mais comum de montagem utiliza um dispositivo, chamado de uma prensa
de fixação, para proporcionar a pressão e o calor necessário para encapsular a amostra com
um material de fixação de termocura ou termoplástico. Resinas termofixas comuns incluem
fenólico, dialilftalato e epóxi, enquanto a baquelite é a montagem termoplástica mais
utilizada. Materiais termoplásticos requerem calor e pressão durante o ciclo de moldagem,
mas depois da cura, embutimentos feitos de resinas termoplásticas devem ser arrefecidos sob
pressão para, pelo menos, 70°C, enquanto montagens feitas de materiais termoendurecíveis
podem ser ejetados do molde a uma temperatura máxima de moldagem. No entanto, o
arrefecimento resinas termofixas sob pressão à temperatura ambiente antes da ejeção reduz
significativamente as lacunas de encolhimento. Nunca o arrefecer rapidamente uma resina
termoendurecivel, com água quente, depois de ejeção a partir da temperatura de moldagem.
Isso faz com que o metal a se afaste da resina. Por causa das diferentes taxas de contração
térmica [27].
2.3.1.9.2 Lixamento
O processo de lixamento de amostras para preparação metalográfica deve seguir
algumas etapas que irão garantir a qualidade da amostra, e proporcionar uma superfície
apropriada para a próxima etapa, o polimento, e a seguinte remoção de todos os riscos a sua
superfície.
Todos os passos do lixamento devem ser executados com água, na condição de que a
água não tenha nenhum efeito adverso sobre quaisquer componentes de microestrutura. Se a
59
água não pode ser utilizada durante o lixamento, em seguida, um outro não aquoso do líquido
de arrefecimento deve ser usado, por exemplo, querosene ou álcoois minerais. Lixamento
úmido minimiza o aquecimento da amostra, impede que o abrasivo de se tornar carregados
com metal removido a partir da amostra a ser preparado, e minimiza contaminação por metais
de partículas no ar e problemas de saúde.
Cada etapa do lixamento, enquanto se produzir danos, deve remover os danos da etapa
anterior. As lixas devem ser usadas dos maiores grãos para os menores grãos, gerando em
cada troca de lixa uma superfície menos rugosa e cada vez mais fina. Para cada novo
lixamento, este deve ser feito a 90 graus da direção dos riscos do último lixamento, desse
modo a remoção do material será mais eficiente. Os valores das lixas podem começar em uma
faixa de 50 até 2500, dependendo do tipo de amostra. A profundidade dos danos diminui com
o tamanho do abrasivo, mas o mesmo acontece com a taxa de remoção de metal. Para um
dado tamanho de abrasivo, a profundidade do dano introduzida é maior do que para materiais
macios que para materiais duros. Carboneto de silício e alumina são abrasivos comumente
utilizados para o lixamento e são muito eficazes.
2.3.1.9.3 Polimento
Polimento é o estágio final na produção de uma superfície livre de deformação que é
plana, sem riscos, e um espelho na aparência. Essa superfície é necessária para a posterior
interpretação metalográfica, tanto qualitativa e quantitativa. Polimento manual é normalmente
realizado usando uma roda de rotação, em que o operador gira o espécime percurso circular
com o sentido de rotação da roda. Para obter as melhores superfícies possíveis, é necessário
usar outro passo, tipicamente com uma alumina de 0,05 m ou sílica coloidal abrasivo. Esta
etapa pode ser realizada numa ampla variedade de panos. Na abordagem tradicional, uma de
camurça sintética é usada.
Polimento normalmente envolve o uso de um ou mais dos seguintes produtos
abrasivos: diamante, alumina e dióxido silício amorfo em suspensão coloidal. Para certos
materiais, óxido de cério, óxido de crómio, óxido de magnésio, ou óxido de ferro podem ser
utilizados, embora estes sejam usadas com pouca frequência. Com exceção do diamante,
abrasivos estes são normalmente suspensos em água destilada, mas se o metal a ser polido não
é compatível com a água, outras suspensões, tais como etileno -glicol, álcool, querosene, ou
glicerol, pode ser necessária. O abrasivo de diamante deve ser estendido apenas com o
60
produto recomendado pelo fabricante. A maioria das pastas de diamante e as suspensões são
produtos à base de água, e estes são adequados para a maioria dos materiais.
O resultado do polimento deve ser uma superfície espelhada, livre de riscos e
arranhões que prejudiquem a análise microestrutural posteriormente. Um ataque químico,
com uma solução específica para cada tipo de material é feito posteriormente, de modo a
revelar as microestruturas do material, tamanhos e formas de grão, fases e partículas
indesejadas. Essas revelações devem ser definidas para os objetivos da análise de falha, de
modo que as informações reveladas ajudem na conclusão da falha.
2.3.1.9.4 Análise Microestrutural
A estrutura cristalina e dos grãos influenciam muito nas propriedades químicas, físicas
e mecânicas de um material. As microestruturas definidas de cada material, formas, tamanhos,
dispersão dos grãos, partículas, soluções sólidas, entre outras estruturas confere aos materiais
propriedades físicas e mecânicas particulares. A interpretação e a análise correta destas
microestruturas são importantes nas análises de falhas, pois podem indicar diversos fatores
como processos de fabricação, processamento termomecânico, tratamentos térmicos e até as
condições de uso daquele determinado produto.
O grande potencial da análise metalográfica, para uma análise de falhas é a análise da
microestrutura do componente na região de falha. A análise microestrutural revela
informações importantes que complementam a análise macrofractográfica e
microfractográfica. Para isto, o analista deve tomar maior cuidado com a análise
metalográfica dos componentes fraturados, do que na análise metalográfica convencional,
pois amostras nesta situação são mais difíceis de serem obtidas.
61
3 MATERIAIS E MÉTODOS
3.1 Materiais utilizados
Para realização deste trabalho, foram utilizadas duas amostras de duas molas de aço de
travamento de trem de pouso de uma aeronave, fraturadas durante um procedimento de pouso,
conforme mostra a Fig. 3.1.
Figura 3.1 - a) Mola Direita Fraturada, b) Mola Esquerda Fraturada
A aeronave da Pantanal ATR-42-320, efetuando o voo 9722, teve a indicação de Nose
Land Gear Unlocked. Ao realizar o procedimento de pouso, a aeronave teve o trem de pouso
do nariz recolhido. O pouso foi finalizado, apesar do acidente, sem a ocorrência de vítimas.
As amostras enviadas pelo CENIPA (Centro de Investigação e Prevenção de Acidentes
Aeronáuticos) acompanham um relatório simples da indicação do acidente. Outras
informações como o tempo de pousos e decolagens da aeronave, o fornecedor das molas, o
material utilizado nelas e se outras molas do mesmo lote estavam presentes em outras
aeronaves, não foram divulgadas pelo CENIPA.
3.2 Técnicas de preparação
3.2.1 Recebimento das Amostras
As amostras foram recebidas no laboratório do IAE – AMR, após a ocorrência do
acidente. Estas foram enviadas pelo CENIPA para serem investigadas pela equipe de analistas
de falha do IAE – AMR.
a) b)
62
3.2.2 Exame Macroscópico
Tendo a amostra em mãos, sobre uma boa iluminação foi feita uma primeira análise da
amostra, de seu funcionamento e da superfície de fratura. As imagens feitas no registro
fotográfico da superfície de fratura também foram analisadas cuidadosamente em busca de
informações da fratura. A amostra incialmente não foi limpa de modo a se preservar por
completo a superfície de fratura, e não incidir sobre ela possíveis danos que pudessem vir a
prejudicar nas análises. A amostra se encontrava apta para análise visual, não sendo
necessária uma limpeza inicial.
3.2.3 Registro Fotográfico
Após o recebimento das peças e a compreensão da dinâmica do acidente realizada em
conjunto com o exame macroscópico, foi feito um registro fotográfico do material como
recebido, para se documentar quais foram às amostras recebidas e o estado inicial em que
estas se encontravam.
Também foi realizado o registro das superfícies de fratura, conforme orientação do
investigador, durante a realização do exame macroscópico.
As amostras foram então encaminhadas ao fotografo profissional da divisão, e com
uma extensa aparelhagem obtiveram-se as melhores imagens das peças. As imagens foram
feitas em uma sala específica para fotografias. Nela as amostras foram posicionadas em uma
bancada com um fundo infinito. Lâmpadas especiais com difusores e rebatedores iluminam de
forma ideal a amostra, para que as imagens fossem as mais nítidas possíveis. As técnicas de
iluminação são importantes desde a fase do registro fotográfico, pois caso não sejam feitas de
maneira correta, podem esconder algumas características importantes da fratura.
Após serem fotografadas, as imagens são editadas, onde brilho, contraste, saturação e
outras definições são corrigidas.
3.2.4 Exame por Estereoscopia
As amostras foram então levadas ao estereoscópio do Laboratório de Microscopia
Ótica da divisão, onde ampliações maiores puderam ser utilizadas para observar a superfície
fraturada.
63
Por apresentar superfícies de diferentes formas e ângulos de fratura, as duas fontes de
luz moveis do estereoscópio foram manipuladas de modo a revelar melhor a superfície
usando-se o jogo de luzes e sombras, de modo a se obter imagens conclusivas a respeito da
falha das molas.
Figura 3.2 - Estereoscópio utilizado para análise
3.2.5 Exame por Microscopia Eletrônica de Varredura
Para uma conclusão mais elaborada e uma constatação melhor dos mecanismos de
fratura que levaram a mola a falhar, uma análise por microscopia eletrônica de varredura foi
realizada.
As amostras, devido ao seu tamanho, não poderiam ser colocadas diretamente no
microscópio para análise. Logo foi necessário o corte de uma secção da mola que continha à
fratura. Este corte foi realizado com a utilização de uma serra de arco. Foi seccionado um
pedaço de aproximadamente 15 mm da mola, o qual então pode ser alocado dentro da câmara
do MEV para análise.
Após o corte, o pedaço seccionado da amostra foi então levado ao Laboratório de
Metalografia para ser limpo. Colocou-se a amostra em um equipamento de limpeza por
ultrassom, preenchido com acetona, para que a amostra pudesse estar livre de qualquer
contaminação superficial que atrapalhasse o exame por MEV. Em seguida a amostra foi
levada ao Laboratório de Microscopia Eletrônica do AMR, onde sob a operação do técnico
responsável, foi feita a fixação da amostra sobre um suporte, para a então varredura da
superfície de fratura.
64
Como uma ferramenta útil na análise de falhas, foi realizado um EDS (Espectroscopia
de Energia Dispersiva) da superfície de fratura da amostra para se determinar as composições
químicas superficiais do material.
Figura 3.3 – MEV utilizado para análise
3.2.6 Metalografia
Após feito o exame por MEV, a amostra seccionada foi levada até o laboratório de
metalografia do AMR. A amostra foi novamente limpa em um tanque de ultrassom com
acetona, para que qualquer contaminação pudesse ser eliminada. Em seguida, foram feitas as
etapas de embutimento da amostra em baquelite e lixamento. As lixas utilizadas foram 240,
400, 800, 1200 e 2400, alternando em 90° o sentido do lixamento em cada troca de lixa para
se ter certeza da eliminação dos riscos da lixa anterior. Após o lixamento, a superfície
encontrava-se apta para o polimento. Para isso foi utilizado pasta de diamante, de 6µm.
Juntamente com água, foi feito o polimento da amostra até esta se encontrar em um estado
espelhado e pronta para o ataque químico que, por se tratar de uma amostra de aço, foi feito
com uma solução de NITAL 3% (HNO3 + Álcool) para revelar as microestruturas do material.
Feito o ataque químico, a amostra foi levada ao microscópio ótico para análise metalográfica
e microestrutural.
65
Figura 3.4 - Politrizes para preparação metalográfica
3.2.7 Ensaio de Dureza
Um microdurômetro do Laboratório de Microscopia da divisão foi utilizado para se
determinar as microdurezas da amostra.
Figura 3.5 – Microdurômetro
3.2.8 Analise Química
As informações do tipo de material utilizado nas molas, não foram informadas pelo
CENIPA no envio das amostras e do relatório do acidente, logo, saber o tipo de material que
se está analisando é importante para as conclusões finais da investigação.
Para análise química foi utilizado o equipamento LECO CS-200, Fig. 3.5, onde foi
determinada qual composição do aço utilizado na mola.
66
Figura 3.6 – Equipamento de Análise Química
4 Resultados e Discussão
Os exames realizados, levaram a uma série de resultados a respeito da falha ocorrida nas
molas de travamento. As técnicas utilizadas na análise dificilmente geram resultados
conclusivos por si só, mas juntas na grande maioria das vezes elucidam os casos.
Conforme vemos na Fig. 4.1, notou-se que as regiões de fratura possuíam duas
superfícies distintas, uma superfície mais lisa e outra aparentemente mais rugosa, em ambas
as molas. Através dessa análise primária pode-se suspeitar de que devido à superfície mais
lisa da fratura, a falha poderia ter ocorrido por um processo de fadiga, que é um mecanismo
de falha comum em molas. O que nos conduz a este ponto é o fato de que as trincas
propagadas por fadiga resultam em superfícies planas, devido ao constante amassamento que
a superfície aberta pela trinca sofre durante o esforço em serviço da mola. Com isto, a
superfície onde ocorreu a falha por fratura apresenta um aspecto liso. Ao se propagarem até
certa área em que a tensão gerada seja maior que a resistência do material, este vem a fraturar
por sobrecarga, gerando uma superfície rugosa, tipicamente dúctil. Partindo dessa suposição,
pode-se notar uma região de início das trincas próximo a superfície das molas, conforme
mostra novamente a Fig. 4.1.
67
Figura 4.1 - a. Detalhe Fratura Mola Direita, b. Detalhe Fratura Mola Esquerda.
De modo a se confirmar os levantamentos feitos previamente, a análise por
estereoscopia mostrou maiores detalhes da superfície de fratura. Esta análise confirmou as
diferenças de rugosidade na superfície de fratura. Assim como mostra a Fig. 4.2. Nenhum
ponto de corrosão, ou entalhe, que pudesse ter propiciado o início da propagação de uma
trinca foi achado nas superfícies externas das molas, nem mesmo colorações variadas que
pudessem indicar alguma influência de temperatura na falha.
a
b
Pré-trinca
Pré-trinca
68
Figura 4.2 - Detalhe superfície de fratura (10x)
Após a análise por estereoscopia, e uma constatação maior de que as molas, devido às
características superficiais, fraturaram por fadiga, o exame por MEV pôde gerar resultados
muito mais conclusivos a respeito dos levantamentos feitos. O exame por Microscopia
Eletrônica de Varredura constatou importantes características superficiais da fratura, como
estrias, conforme mostra a Fig. 4.3. A presença de estrias na superfície de fratura garante com
100% de certeza de que a mola fraturou por fadiga. Essa constatação elucida o mecanismo
que originou a falha do material.
Zona Fadiga
Zona Sobrecarga
Região Origem Trinca
69
Figura 4.3 - Detalhe estrias de fadiga mola direita
Conforme comentando nesse trabalho, as molas, ao sofrerem falhas, em sua grande
maioria são originadas por fadiga. Por se tratar de um elemento que sofre carregamentos
cíclicos, este fica mais propenso à fratura por um mecanismo de fadiga, seja ele originado por
quaisquer fatores.
As análises visuais, estereoscopia e MEV, nos ajudaram a determinar o mecanismo de
falha das molas. Logo, porém, determinar os fatores que levaram o material a sofrer fadiga
necessitou de outras análises.
Conforme analisado por estereoscopia e MEV, não foi encontrado nas superfícies da
mola, pontos de corrosão, entalhes, inclusões ou marcas que pudessem ter sido as causas para
o início da trinca propagada por fadiga.
Um exame por EDS para se determinar as composições superficiais da amostra foi
realizado, a fim de se ter uma base da composição do material. A Fig. 4.4 mostra o resultado.
70
Figura 4.4 - Gráfico EDS da composição química superficial da mola direita.
A análise por EDS mostrou que a mola possui composições de Fe, Cr, Ni, Si e Mn.
Por esta razão pode-se afirmar que estávamos analisando uma mola possivelmente de Aço
Inox.
Na análise metalográfica subsequente, as amostras da mola, foram analisadas em sua
secção longitudinal. Feita a metalografia, a amostra foi levada a um microscópio óptico.
Analisando a secção longitudinal da mola pode-se notar que esta possuía inúmeras trincas, da
sua superfície para o interior da amostra. Estas trincas, similares às trincas que geraram a
falha catastrófica do material, estavam sendo propagadas pelo mesmo fenômeno de fadiga.
Num comprimento de mola, de aproximadamente 5 mm, vemos por volta de 8 trincas. As
trincas podem ser vistas na Fig. 4.5.
71
Figura 4.5 - Microtrincas na secção longitudinal da mola.
Em uma secção de aproximadamente 3mm de diâmetro, as trincas nos demais pontos
das molas já atingiam tamanhos significativamente grandes de até 0,65mm, pode-se dizer,
quase suficientes para gerar uma falha catastrófica no material.
Figura 4.6 - Detalhe das microtrincas na secção transversal da mola
72
Os resultados do ensaio de microdureza indicaram uma dureza de 470,6 ±15,1 HV da
mola esquerda e 485,7±23,3 HV da mola direita.
As amostras analisadas quimicamente, concluíram que o material utilizado nas molas, se
tratava de um Aço Inox 304 (austenítico). A composição do aço 304 é: C - 0,08%, Mn –
2,00%, Cr – 18-20%, Ni – 8,00-10,50%, P – 0,045%, S – 0,030% e Si – 1,00%.
5. Conclusão
As molas de travamento do trem de pouso analisadas, fazem parte de um complexo
sistema mecânico aeronáutico. As molas bem como todos os elementos presentes no trem de
pouso, estão propensas a carregamentos cíclicos, com elevadas cargas, devido aos fortes
impactos realizados pelas aeronaves nos momentos de pousos e decolagens. Estes elementos,
caso não sejam perfeitamente projetados, dimensionados e passem por uma constante
manutenção, podem vir a falhar. As análises realizadas nas molas de travamento de uma
aeronave puderam levar a conclusões sobre o fator material, bem como sobre a importância da
análise de falhas recorrente no campo da aviação.
Nos resultados obtidos nos métodos de microscopia, tanto óptica quanto por
varredura, pode-se concluir que o mecanismo que levou a falha do material foi fadiga. As
imagens são conclusivas em mostrar estrias de fadiga que comprovam a propagação da trinca
por tal mecanismo, em ambas as molas. O sistema mecânico do trem de pouso possui duas
molas de travamento, e ambas apresentaram fraturas provenientes do fenômeno de fadiga.
Fica inconclusivo determinar qual a sequência de fratura das molas, pelo fato de que ambas as
regiões de propagação de trinca possuíam tamanhos similares. É provável que uma das molas
veio a romper levando a segunda a fratura, contudo, tal fato não pode ser determinado.
O exame metalográfico posterior constatou diversas trincas sendo propagadas da
superfície para o interior das molas. As trincas detectadas no exame reforçam o fato de que a
falha se deu pela propagação de trinca por fadiga até a falha catastrófica por sobrecarga.
Pode-se concluir que a devido ao tamanho e quantidade de trincas presentes nas
secções transversais das molas, e a eliminação de fatores que pudessem ter acentuado a
nucleação das trincas, as molas sofreram um desgaste natural devido ao seu tempo de uso em
73
operação. As grandes cargas aplicadas sobre elas, bem como os carregamentos cíclicos,
provavelmente extrapolaram o limite de vida em fadiga desses materiais, os levando a falha.
Encaminhado o relatório final por parte da AMR ao CENIPA, o órgão público
responsável pelas investigações de acidentes aéreos em todo o Brasil, terá como objetivo a
elaboração de um relatório ainda mais complexo, onde todos os fatores, não só o material,
serão considerados. Com base nisso, todas as ações necessárias para contingência de novos
acidentes serão tomadas por parte do CENIPA.
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