Gráfico de Identificação de Modos de Dano
Uma peça falhada precisa ser classificada antes de poder ser explicada, e a classificação é lida a partir da fratura e do dano ao seu redor. Este gráfico apresenta os seis modos de dano com os quais a fonte trabalha, como cada um se apresenta em três níveis de exame, e as assinaturas frágil e dúctil que se mantêm em todas as escalas.
Os seis modos de dano e como cada um se apresenta
Os modos instantâneos separam o metal no momento do carregamento. Os modos progressivos consomem a peça ao longo do tempo e deixam uma região de crescimento lento que pode ser medida. As três colunas de exame abaixo são as utilizadas pela fonte, e a ordem importa, pois uma peça só pode ser seccionada uma vez.
| Modo | Visual, 1 a 50 vezes na superfície de fratura | Microscopia eletrônica de varredura, 20 a 10.000 vezes | Seção transversal, 50 a 1000 vezes |
|---|---|---|---|
| Modos de falha instantânea | |||
| Sobrecarga dúctil | Estricção ou distorção na direção em que a carga foi aplicada, fratura fibrosa opaca e lábios de cisalhamento nas bordas. A peça mudou visivelmente de forma antes de se separar. | Microcavidades ou dimples, alongados na direção do carregamento. Uma trinca sem ramificação. Bandas de deslizamento emergindo na superfície. | Distorção de grão e fluxo ao lado da fratura, com trajeto transgranular irregular. A seção mostra o quanto o metal se moveu antes de se romper. |
| Sobrecarga frágil | Pouca ou nenhuma distorção, fratura plana e textura cristalina grosseira brilhante. Marcas radiais ou chevrons apontam de volta para a origem. | Clivagem ou separação intergranular. A área de origem frequentemente apresenta uma imperfeição ou um concentrador de tensão, como um entalhe, uma marca de estampo ou uma inclusão. | Pouca distorção, com trajeto intergranular ou transgranular. Pode estar relacionada a um entalhe na superfície ou a uma fase frágil dentro da seção. |
| Modos de falha progressiva | |||
| Fadiga | Uma zona progressiva plana com marcas de praia, uma zona final consistente com a direção do carregamento e marcas de catraca onde várias origens se uniram. Uma região lisa ao lado de uma rugosa marca a mudança do crescimento por fadiga para a sobrecarga final. | Aparência plana e desgastada na zona progressiva, com estriações em ampliações acima de cerca de 500 vezes. A zona final pode ser dúctil ou frágil. | Uma zona progressiva que geralmente é transgranular com pouca distorção aparente. A zona final pode ser dúctil ou frágil. |
| Corrosão | Desgaste geral, rugosidade, pitting ou formação de trincheiras. Corrosão sob tensão e dano por hidrogênio podem produzir múltiplas trincas que parecem frágeis em vez de corroídas. | Um trajeto que pode ser irregular, intergranular ou através de uma fase seletivamente atacada. A espectroscopia de energia dispersiva pode identificar o corrosivo. | Ataque superficial geral ou localizado, ataque seletivo de fase e crostas cuja espessura e morfologia registram a exposição. |
| Vestir | Sulcamento, abrasão, polimento ou erosão. O engripamento ou riscamento ocorre na direção do movimento e fretting deixa áreas rugosas retendo detritos em pó compactados. | Detritos de desgaste e partículas abrasivas podem ser caracterizados por morfologia e composição. Fadiga de contato por rolamento assemelha-se ao desgaste em seus estágios iniciais. | Distorção localizada na superfície consistente com a direção do movimento, e partículas incrustadas que identificam o abrasivo. |
| Fluência | Múltiplas fissuras que parecem frágeis, com fissuras externas e internas apresentando crosta de reação. A fratura segue uma mudança limitada de dimensões, e o dano se acumula ao longo de longa exposição. | Múltiplas fissuras intergranulares cobertas com crosta de reação, e faces de grão que podem apresentar porosidade. | Mudança microestrutural típica de superaquecimento, múltiplas trincas intergranulares, vazios nos contornos de grão e trincas em forma de cunha nos pontos triplos de grão. Algum fluxo a frio aparece no último estágio. |
Fonte: ASM Handbook, Vol. 11, Failure Analysis and Prevention (ASM International), o gráfico de identificação de modos de dano no artigo Determination and Classification of Damage e o gráfico de identificação de modos de fratura no artigo Overload Failures. Os dois gráficos usam os mesmos modos e os mesmos três níveis de exame, e estão mesclados aqui.
- Marcas de praia e estriações comprovam carregamento cíclico, e sua ausência não o descarta. Superfícies de fadiga nem sempre mostram uma ou outra, então uma fratura limpa e plana com transição de lisa para rugosa ainda merece uma leitura de fadiga. As marcas individuais e o que cada uma implica estão listadas no gráfico de características da superfície de fratura.
- Os modos se combinam. Uma trinca de fadiga ou fluência geralmente termina em sobrecarga dúctil ou frágil, e a separação final informa como a peça se soltou, e não por que a trinca começou. A proporção é a evidência, então a área relativa de crescimento lento e fratura final é o que data a falha.
- Desgaste e corrosão são progressivos da mesma forma, e a classificação os abrange porque uma seção desgastada ou corroída perde seção líquida até que o último metal restante sofra sobrecarga. Essa sobrecarga final é uma consequência, então registrá-la como a causa inverte a conclusão.
O que geralmente está por trás de cada modo
O modo restringe a lista de mecanismos e classifica o que resta. A segunda coluna abaixo é o mecanismo ao qual o modo aponta, e a terceira é o que o analista verifica para confirmá-lo.
| Modo | O que geralmente está por trás disso | O que o analista verifica |
|---|---|---|
| Sobrecarga dúctil | A carga excedeu a resistência da peça. Uma ruptura de curto prazo em alta temperatura e alta tensão também tem aparência dúctil, então precisa ser separada da fluência. | Dureza, análise química ou ensaio destrutivo para confirmar a liga e seu processamento, e a direção do carregamento para ver se a fratura foi secundária a outra coisa. |
| Sobrecarga frágil | A carga excedeu a resistência dinâmica da peça. Baixa temperatura desloca o mesmo material para comportamento frágil. | Liga e processamento, além de tenacidade e tamanho de grão, e se a direção do carregamento aponta para um impacto ou para um evento secundário. |
| Fadiga | Tensão cíclica acima do limite de resistência à fadiga. Dano mecânico ou de corrosão prévio pode iniciar a trinca, e alinhamento, vibração e balanceamento alimentam a carga. | Resistência, acabamento superficial, montagem e operação. Uma grande zona de fadiga com uma pequena zona final aponta para alto ciclo e baixa tensão, e o inverso para baixo ciclo e alta tensão. |
| Corrosão | A morfologia do ataque e a liga devem ser avaliadas em conjunto, pois a severidade depende do par e não de cada um isoladamente. | pH, temperatura, vazão e oxidantes dissolvidos, e se a exposição se tornou mais severa do que o projeto original presumia. |
| Vestir | Para desgaste por goivagem e abrasivo, a origem do abrasivo decide a correção. O desempenho do lubrificante e falhas de vedação ou filtros são os outros dois fatores comuns. | Dureza e microestrutura da superfície desgastada, o próprio abrasivo e o registro de lubrificação. |
| Fluência | Superaquecimento leve, ou sobretensão leve em temperatura elevada, por um longo período. Microestruturas instáveis e um pequeno aumento no tamanho de grão elevam a taxa de fluência. | A temperatura de serviço em relação à temperatura de projeto, a especificação da liga e o tempo de exposição. Vazios e trincas em pontos triplos em uma réplica retirada da superfície resolvem isso em campo. |
Fonte: ASM Handbook, Vol. 11, as linhas de fatores contribuintes dos dois gráficos de identificação.
- Um componente que pode falhar por um modo progressivo frequentemente pode ser substituído ou reparado antes de se separar, e é por isso que a classificação importa para a manutenção tanto quanto para a investigação. Tubulações de vapor, por exemplo, são examinadas em intervalos definidos quanto a vazios de fluência nas zonas afetadas pelo calor de soldas de costura longitudinal, e a formação de vazios nos contornos de grão é o alerta precoce.
- Metalografia de campo e replicação, juntamente com inspeção por penetrantes, boroscópica, ultrassônica e radiográfica, são as ferramentas que encontram essas características em uma peça ainda em serviço. Uma peça que já trincou é lida da mesma forma com a seção na bancada.
Frágil e dúctil em todas as escalas
O comportamento frágil e dúctil não é uma propriedade apenas do material, e a mesma fratura pode parecer frágil em uma ampliação e dúctil em outra. A tabela abaixo fixa a leitura à escala de observação, do cálculo de projeto ao microscópio eletrônico de transmissão.
| Escala de observação | Frágil | Dúctil |
|---|---|---|
| Engenheiro estrutural | A tensão aplicada na falha está abaixo da tensão de escoamento | A tensão aplicada na falha está acima da tensão de escoamento |
| A olho nu, 1 vez | Sem estricção, facetas brilhantes, aspecto cristalino e granular | Com estricção, aspecto fibroso e lenhoso |
| Macroescala, abaixo de 50 vezes | Baixa redução de área, baixa ductilidade | Redução de área média a alta |
| Microscopia eletrônica de varredura, 100 a 10.000 vezes | Micromecanismo frágil, clivagem ou separação intergranular | Micromecanismo dúctil, coalescência de microvazios |
| Microscopia eletrônica de transmissão, acima de 10.000 vezes | Pode ainda mostrar grande quantidade de plasticidade local | Alta quantidade de plasticidade em toda a seção |
Fonte: ASM Handbook, Vol. 11, o artigo Overload Failures, Tabela 2, características distintivas do comportamento frágil versus dúctil dependendo da escala de observação.
- A tabela de escalas explica por que dois analistas podem descrever a mesma fratura de forma diferente. Uma peça que falhou abaixo de sua tensão de escoamento pelo cálculo de projeto ainda pode mostrar plasticidade local sob o microscópio, e uma peça que apresentou estricção visível pode conter facetas de clivagem em seu interior.
- Uma fratura que parece frágil em todas as escalas geralmente aponta para um dos mecanismos de fragilização e não para uma carga. A Página sobre tipos de fragilização do aço lista a janela de temperatura e os aços para cada um.
Comece pelo histórico da peça, não pela fratura
O mesmo modo de dano pode vir de várias etapas, e o registro de fabricação e serviço é o que as separa. As causas etapa por etapa e a sequência de exame estão apresentadas na Página de análise de falhas de ferramentas e matrizes.
Quando a trinca estava presente antes do serviço
Uma trinca que já apresentava cor de revenimento ou carepa quando a ferramenta entrou em operação pela primeira vez veio da têmpera ou de um ciclo térmico anterior, e lê-la como falha em serviço direciona a correção para o lugar errado. A prova é coletada na página de trincas de têmpera.
Quando o mesmo modo continua retornando
Um modo que se repete entre ferramentas aponta para o processo e não para a peça individual. Danos que aparecem como uma rede de trincas térmicas pertencem aos graus de fadiga térmica, e danos que aparecem como riscos ou transferência de material pertencem aos graus para desgaste adesivo ou aos graus para desgaste abrasivo.
Quando o modo é uma fratura sem muito aviso
A sobrecarga frágil é o modo que acaba com uma ferramenta antes que ela se desgaste, e geralmente é uma questão de tenacidade ou de tratamento térmico e não de desgaste. Os graus escolhidos para esse caso de carga estão apresentados na página de resistência ao trincamento.
Confirme antes de fornecer um orçamento.
Este gráfico é um auxílio de classificação para referência geral. Uma conclusão sobre uma falha específica baseia-se na própria peça, em seu registro de fabricação e em seu histórico de serviço. Confirme o achado com um exame metalúrgico antes de alterar um grau ou um processo.
As superfícies de fratura são lidas em três níveis na prática, e uma única fotografia em um nível pode enganar. Mantenha o corpo de prova, o registro e as leituras juntos.
Páginas de referência relacionadas
Solução de problemas de tratamento térmico de aço para ferramentas · Métodos de teste de dureza · Verificação de qualidade do aço ferramenta · Seleção de aço ferramenta por aplicação · Aços para ferramentas de trabalho a frio · Aços-ferramenta de trabalho a quente
Fonte: ASM Handbook, Volume 11, Failure Analysis and Prevention (ASM International), o gráfico de identificação de modos de dano no artigo Determination and Classification of Damage e o gráfico de identificação de modos de fratura com sua tabela de escalas frágil e dúctil no artigo Overload Failures. Dados de referência apenas para classificação. Confirme o modo e o mecanismo contra a peça real. A Aobo Steel fornece aço para ferramentas na condição recozida.