deterioracao de equipamentos 3 pelliccione
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Fadiga –––– Curva S-N Tensão versus número de ciclos necessários para a fratura
Curvas obtidas a partir de ensaios de flexão alternada (σm=0)
Fadiga de alto ciclo → tensão elástica
Limite de resistência à fadiga
Resistência à fadiga
Algumas ligas ferrosas e de titânio Maioria das ligas não ferrosas
Vida em fadiga.
Fadiga –––– Curva S-N
Fatores na vida em fadiga
Acabamento superficial (*)
– Entalhes, rugosidades ou descontinuidades geométricas podem atuar como
nucleadores de trincas de fadiga
• Sulcos, orifícios, rasgos de chaveta, roscas, etc.
– Polimento para remoção das descontinuidades
Tensões residuais
– Introdução de tensões residuais compressivas na superfície no componente para
aumentar a vida em fadiga
– Mecânicos
• Jateamento
• Laminação superficial
– Termo-químicos
• Cementação
• Nitretação
Fatores na vida em fadiga –––– Efeito da superfíííície
Fatores na vida em fadiga
Tensão média
– ↑ nível de tensão média → ↓ vida em fadiga
Efeitos do ambiente
– Fadiga térmica
– Corrosão-fadiga
Fatores na vida em fadiga
Tensões altas → baixo nº de ciclos (<104)
Frequentemente ocasionadas por tensões de origem térmica
Resulta da deformação cíclica em vez da tensão cíclica
Vasos de pressão, turbinas a vapor, etc.
Fadiga –––– Baixo cicloFadiga térmica.
Linha de aço inoxidável de grande espessura Deformação – “estufamento”
Fadiga térmica do estufamento anterior Fadiga térmic a em solda
Fadiga térmica.
Fadiga térmica antiga com preenchimento de óxido.
Oxidação - Fadiga térmica
Tubo de forno
Fadiga térmica
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FALHAS MECÂNICASSobrecargaFadiga (mecânica e térmica)Desgaste (Erosão / Corrosão-erosão /
Cavitação / Impingimento)Choque térmico
FALHAS DEVIDAS A DANOS CAUSADOS POR HIDROGÊNIOEmpolamento por hidrogênio Trincamento induzido por hidrogênioTrincamento sob tensão por sulfeto Trincamento por hidrogênio orientado por tensãoAtaque pelo hidrogênio em altas temperaturasEtc.
FALHAS DEVIDAS À ALTERAÇÃO METALÚRGICAGrafitizacão / esferoidizaçãoFragilização por fase sigmaFragilização ao revenidoFragilização ao 475Etc.
FALHAS DEVIDAS À CORROSÃO Corrosão atmosférica
Corrosão seletiva
Corrosão galvânica
Corrosão por pites
Corrosão por célula oclusa
Corrosão sob tensão (CST)
Corrosão-erosão
Corrosão-fadiga
Corrosão microbiológica
Corrosão por CO2
Corrosão em elevadas temperaturas
Etc.
FLUÊNCIA E SOBREAQUECIMENTO
OUTROSFragilização por metal líquidoDegradação de refratáriosEtc.
Mecanismos de Deterioração
Descrição: Transformação da perlita em grafita + fe rrita.
Materiais afetados: Aço C e C/Mo.
Equipamentos afetados: Os que operam em T > 430 0C e longo t.
Morfologia do dano: Nódulos de grafita dispersos na matriz α; α; α; α; em forma de cílios em ZTA ou em regiões de alta εεεε. . . . ↓↓↓↓ ((((σσσσ, , , , ∆ε∆ε∆ε∆ε , , , , φφφφ))))Prevenção/minimização: Aço ao Cr (teor > 0,7% Cr).
Inspeção e monitoração: Metalografia.
Mecanismos associados: Esferoidização.
Grafitização
Grafitização
C Mn S P
0,35 máx 0,80 máx 0,035 máx 0,035 máx
Descrição: Transformação da perlita lamelar em carb etos esferoidais.
Materiais afetados: Aços carbono e baixa ligas.
Equipamentos afetados: Os que operam em T > 440 0C e longo t.
Morfologia do dano: Carbetos globulares dispersos ou aglomerados. ↓↓↓↓ (σσσσ, φφφφ)
Prevenção/minimização: Limitar T e t.
Inspeção e monitoração: Metalografia.
Mecanismos associados: Fenômeno competitivo. T > 550 0C => esf. ⇒⇒⇒⇒ graf.T < 5500C => graf. ⇒⇒⇒⇒ esf.
Esferoidização Esferoidita
Esferoidização Esferoidização x Grafitização
550oC
Descrição: Transformações metalúrgicas. 340 0C<T<5900C.Pior em ±±±± 4350C e↑↑↑↑ t.
Materiais afetados: Aços baixa liga (2,25Cr-1Mo) e HSLA (Cr, Mo, V).
Morfologia do dano: Não identificado metalograficamente. ↓↓↓↓δδδδ. Causa perda de tenacidade.
Prevenção/minimização: Material velho: Procedimento.Material novo: Controle dos fatores J e X.
Inspeção e monitoração: CPs testemunha e procedimento.
Mecanismos associados: Não especificado.
Fragilização ao revenidoFragilidade dos aços baixa liga quando aquecidos ou resfriados entre 375º e 575ºC.
Entre 400º e 475ºC a fragilidade ocorre mais rapidamente.
Materiais susceptíveis: Aços com quantidade apreciável de Mn, Ni e Cr e adicionalmente uma
ou mais impurezas (P, As, Sb, Sn).
Fragilidade devido à concentração de impurezas e elementos de ligas nos CG’s.
Trincas nesses materiais são intergranulares.
Apenas a resistência ao choque é afetada. Outras propriedades não se alteram.
A eliminação das impurezas citadas acima, evita a fragilidade.
Pode ser evitada por revenido acima de 575ºC ou abaixo de 375ºC, seguido pelo resfriamento
rápido até a temperatura ambiente.
Aços fragilizados podem ter a tenacidade restaurada: Aquecimento em torno de 600ºC e
resfriamentro rápido até abaixo de aproximadamente 300ºC.
Fragilização ao Revenido
Fragilização ao Revenido
• Aços de baixa liga T&R.
• Faixa de 300 a 600oC.
• Queda da tenacidade Charpy.
• É reversível.
• Fratura intergranular.
• Segregação de Sb, P, Sn, As.
• Mn e Si aceleram.
• Mo em SS evita.
• Perigo na parada/partida.
• Maior TG é pior.
524 C
1 h 15 h 24 h 60 h 100 h
Tempo Total = 233 h
496 C
(1)
(3)
(2)
Taxa de Resfriamento
468 C
315 Co
oo
o
(3)
(2)
(1)
(1)
(1)
o5,6 C/h
o2,8 C/h
o27,8 C/h
o538 C
o593 C
TRATAMENTO TÉRMICO DE STEP COOLING
Fator de Bruscato (concentração em ppm)
Fator de fragilização J (Watanabe e outros)
(Concentração em % em peso)
Para chapa
J = (Si + Mn) x (P + Sn).10 4 [%p]
Para solda
X = (10P + 5Sb + 4Sn + As) / 100 [ppm]
Descrição: Alteração metalúrgica em ligas contendo αααα com perda de δδδδ. (370-5400C).
Materiais afetados: Série 400, Duplex e 300 forjado ou fundido
Morfologia do dano: Precipitação de fases intermetá licas, ↑↑↑↑ Cr,
nos CGs. ↑↑↑↑HB, ↑↑↑↑ σσσσ, ↓↓↓↓∆ε∆ε∆ε∆ε, ↓↓↓↓δδδδ , ↓↓↓↓ S.
Prevenção/minimização: Correta especificação, TTAT, controle de soldagem.
Inspeção e monitoração: CP testemunho, Metalografia , LP e HB.
Mecanismos associados: -
Fragilização ao 475 0CObs:
1 – Perda de tenacidade não significante em altas temperaturas. T< 93C
Paradas!!!!!
2 – Fragilização pode ocorrer em curto período de tempo.
Ex.: Revenimento em temperaturas elevadas ou mantendo dentro do range de transformação.
“Desfragilização” – 593C ou mais, seguido de rápido resfriamento. Prático?!!
Descrição: Alteração metalúrgica em ligas contendo αααα (5000C<T<9000C)
com perda de δδδδ para T< 2600C.
Materiais afetados: Série 300, 400 e duplex.
Morfologia do dano: Precipitação de fase σσσσ . ↑↑↑↑HB, ↑↑↑↑ σσσσ, ↓↓↓↓∆ε∆ε∆ε∆ε, ↓↓↓↓δδδδ , trincas (soldas e restrições).
Prevenção/minimização: Especificação, controle de soldagem. Controle
de αααα < 5% p/ 304 e < 9% p/ 347.
Inspeção e monitoração: Metalografia, LP, CP testemunho.
Mecanismos associados: Fragilização ao 475.
Fragilização por fase sigma Açççços Inoxidááááveis Austenííííticos –––– Fase Sigma
Formação da Fase Sigma (rica em Cr e Mo) é comum em aços de alta liga. Sua faixa de formação é entre 470 a 900ºC.
Ela aumenta a tendência à corrosão intergranular e fragiliza o material na temperatura ambiente. Queda maior de tenacidade T<260 C. Paradas!!!
Deve-se evitar a permanência por tempos elevados nesta faixa de temperatura.
Deformação plástica acelera a formação
“Dessigmatização” – 1066C por algumas horas e resfriamento rápido. Prático?!!!
Fase σσσσ
Fe36Cr12Mo10Fe36Cr12Mo10Fe36Cr12Mo10Fe36Cr12Mo10
Fase σσσσ
(24 % Cr, 18 % Mo, 6 % Ni, 52 % Fe) ou (48 % Cr, 52 % Fe).
Fase χχχχ - Associada à fragilização ao 475
Cr-Ni-Mo (18-14- 3) t = 3000 h; T = 5940C)