CONCEITOTodo componente ou elemento mecnico e projetado para resistir aos esforos decorrentes das condies normais de operao. De tal maneira que ele e projetado para uma determinada vida sob certas condies normais de uso. Se estas condies de uso reais forem mais severas do que as de projeto, o componente poder falhar. Esta falha pode ser por aumento de suas dimenses (escoamento, fluncia) ou pela ruptura (fratura e fadiga). Por exemplo, um componente projetado para ser usado em um ambiente no corrosivo, poder falhar se for usado em um ambiente corrosivo, mesmo submetido aos mesmos esforos nos dois ambientes. Tambm deve ser ressaltado que a todo material apresenta um limite de escoamento, abaixo do qual ele no escoa e conseqentemente no falha. Porem, um componente mecnico submetido a esforos dinmicos (que faria com o tempo) poder falhar com esforos menores do que o necessrio para escoar. O tipo de fratura que ocorre em um dado material depende da temperatura. A fratura consiste na separao do material em duas ou mais partes devido aplicao de uma carga esttica ou dinmica a temperaturas relativamente baixas em relao ao ponto de fuso do material. Na fratura frgil no ocorre deformao plstica, requerendo menos energia que a fratura dctil que consome energia para o movimento de discordncias e imperfeies no material. Os materiais com estrutura do tipo CCC e HC apresentam fratura frgil.DADOS PARA VALOR DE CARGA Valor para carga 4500 lbf ou 20,02 KNDESGASTEO desgaste de componentes mecnicos pode ocorrer de cinco modos diferentes: desgaste adesivo, desgaste abrasivo, desgaste por corroso, eroso e fadiga superficial. Tambm deve ser visto que a fadiga sob corroso e a corroso por microabraso constituem se encaixam em mais de um modo ou em nenhum deles. A falha por desgaste e um processo gradual que pode ser reparado em alguns casos, mas inevitavelmente, todo sistema mecnico que falhe por ruptura ou obsolescncia falhara por desgaste. Desgaste adesivoO desgaste adesivo ocorre quando duas superfcies limpas, isto e sem a presena de contaminantes, esto em contato devido a uma carga de tal modo que algumas das asperezas em contato tendero a aderir umas as outras devido forca de atrao entre os tomos das superfcies destes materiais. Se ocorrer movimento de deslizamento entre elas, as asperezas destas superfcies tendem a se quebrar e estes micro pedaos aderem a uma das superfcies e as partculas que no aderirem causaro riscos nas superfcies. O desgaste adesivo este estreitamente ligado ao fenmeno da compatibilidade metalrgica. De tal modo que os materiais metalurgicamente compatveis no apresentam facilidade de deslizarem um sobre o outro, devido a sua aderncia mutua. Desgaste abrasivoO desgaste abrasivo e a remoo de material mais mole por um mais duro na presena de movimento relativo, geralmente de deslizamento. Ele se da a partir da ao de partculas duras abrasivas pressionadas e deslizando umas sobre as outras e sobre as superfcies em contato. O desgaste abrasivo pode ser de dois corpos, quando uma superfcie dura e rugosa desliza sobre uma superfcie de menor dureza, produzindo ranhuras, e de trs corpos, quando as partculas duras so livres para rolar e deslizar entre as duas superfcies.As partculas do material abrasivo so tipicamente pequenas, duras e possuem extremidades afiadas. As mais utilizadas so os gros de areia, partculas de metal ou oxido que atacam uma superfcie de metal. A dureza relativa das partculas abrasiva influencia a taxa de desgaste.O desgaste produzido por uma partcula abrasiva pode ser classificado como controlado e no controlado. So exemplos de materiais abrasivos: diamante, alumina (Al2O3), zircnia (ZrO2), Slica (SiO2) e vidro (silicato). So exemplos de materiais resistentes a abraso: Ferro fundido branco com alto teor de cromo, ao ferramenta, Ao cementado e ao normalizado. So exemplos de desgaste abrasivo de dois corpos: usinagem, retificao, lapidao e esmerilhamento. J de trs corpos: polimento e a decapagem em tambor rotativo. Desgaste corrosivo A corroso ocorre em ambientes normais em quase todos os materiais, com exceo daqueles denominados de nobres. Grande parte dos metais reage com o oxignio para formar xidos Ligas de ferro, ao reagirem com oxignio formam um filme de oxido que poroso que se quebra com facilidade expondo o metal de base ao contato com o oxignio J as ligas de alumnio, forma-se uma camada de oxido que protege o metal do contato com o oxignio O desgaste corrosivo ocorre devido quebra da camada da superfcie devido ao movimento de deslizamento, expondo o metal ao ambiente corrosivo que o envolve, fazendo com que o produto desta reao seja removido da superfcie com a continuidade do movimento. O desgaste corrosivo pode ser controlado pela presena de lubrificante.Deve ser lembrado que os produtos removidos da superfcie podem acarretar outros desgastes, por exemplo, o desgaste abrasivo, uma vez que o produto da corroso seja duro e abrasivo. Alguns produtos produzidos pelas reaes metlicas (como fosfato, sulfetos e cloretos) apresentam uma dureza menor do que o material do ncleo e ainda no so frgeis. Eles so utilizados em sistemas onde o processo dominante e o desgaste por adeso como contaminantes benficos. Os lubrificantes indicados para contatos com presses elevadas (EP extreme fissure) contem aditivos compostos de cloro, enxofre e outros agentes reativos, que so capazes de formar estes cloretos, fosfatos e sulfetos para evitar o desgaste por adeso rpido custa de um desgaste por corroso mais lento.FLAMBAGEMAlguns tipos de esforos tendem a provocar instabilidades fsicas nos elementos que os suportam. Na Figura 1.1 (a) temos a representao de uma barra reta, sem esforos externos atuantes. Na realidade, o "reto" geomtrico no existe na prtica e podemos considerar a barra ligeiramente curva, conforme representao, de forma exagerada, em (b) da mesma figura.Se um esforo de trao aplicado como em (c) da figura, a tendncia uma reduo da curvatura, ou seja, uma aproximao com a reta ideal e, com o aumento da fora, a falha ocorre apenas pelo escoamento (plastificaro) ou ruptura do material.Se a barra comprimida como em (d) da figura, as foras atuantes tendem a aumentar a curvatura original. Isso no significa que qualquer valor da fora de compresso provoca esse aumento. A prtica e a teoria demonstram que existe um limite acima do qual a essa falha, denominada flambagem, ocorre.Tal limite depende do material e das caractersticas geomtricas da barra. Em outras palavras, podemos dizer que a flambagem de uma barra comprimida a sua perda de estabilidade pela aplicao de um esforo de compresso acima de um valor crtico. Essa instabilidade ocorre devido a pequenas curvaturas como vimos e tambm a outros desvios, como assimetrias, excentricidades, desalinhamentos, etc.Em muitos casos as tenses que provocam a flambagem so inferiores s tenses mximas de compresso dos materiais. Assim, a sua anlise importante no caso de elementos esbeltos de mquinas e de estruturas. Para as ltimas, colunas so em geral as partes mais susceptveis flambagem.CORROSOProcesso inverso da Metalurgia Extrativa, em que o metal retorna ao seu estado original. Corroso a destruio ou deteriorao de um material devido reao qumica ou eletroqumica com seu meio. Corroso a transformao de um material pela sua interao qumica ou eletroqumica com o meio.Corroso Geral: a corroso que se desenvolve em toda superfcie ocasionando perda uniforme da espessura para potencializar a resistncia a esse tipo de corroso, sugere-se o aumento dos teores de Cr (Cromo), Ni (Nquel) e Mo (Molibdnio), alm da adio de Cu (Cobre).Corroso em Frestas: um ataque localizado e ocorrem em recessos, em cavidades, frestas e outros espaos onde se acumula um agente corrosivo. Adies de Cr, Mo e N (Nitrognio) aumentam a resistncia corroso.Corroso Localizada / Pite / Alveolar: caracterizada por um ataque localizado em uma rea limitada, apresentando uma perfurao importante, enquanto as regies vizinhas permanecem inatacadas. Os casos mais comuns desse tipo de corroso ocorrem em peas metlicas imersas em gua do mar. Adies de Cr, Mo e N aumentam a resistncia corroso.Corroso sob tenso Fraturante (CSTF):Caracteriza-se com a associao de trs fatores: tenses residuais no material, meio contendo cloretos e temperaturas acima de 60C. A CSTF se evidncia pelo aparecimento de trincas radiais que se propagam com rapidez. No combate a essa corroso utiliza-se materiais com alto teor de Ni, como o caso dos ao inoxidveis Duplex.Corroso Intergranular / Intercristalina: causada pela precipitao de carbonetos de Cromo nos sinais visveis na superfcie. Essa forma de corroso representa um grande perigo, pois pode progredir consideravelmente sem ser notada. Para evitar esse tipo de corroso indicado o uso de ligas L, pois apresentam extra-baixos teores de C (abaixo de 0,035%) ou ainda a utilizao de materiais estabilizados ao Ti (Titnio), Nb (Nibio) ou Ta (Tantlio).Corroso Galvnica: Ocorre quando h o encontro de dois metais que apresentam diferentes potenciais eltricos. Esses contatos de diferentes metais devem ser evitados.Corroso Eroso: Ocorre quando o metal submetido a um meio corrosivo e um processo de desgaste mecnico. Nesse caso, a pelcula passiva se encontra continuamente sob efeito corrosivo e abrasivo simultaneamente. Os aos inoxidveis Duplex so resistentes a esse tipo de corroso.FADIGAFadiga um tipo de falha que ocorre em materiais sujeitos tenso que varia no tempo. A falha pode ocorrer a nveis de tenso substancialmente mais baixos do que o limite de resistncia do material. responsvel por 90% de todas as falhas de metais, afetando tambm polmeros e cermicas.Ocorre subitamente e sem aviso prvio.A falha por fadiga do tipo frgil, com muito pouca deformao plstica.Fatores que afetam a vida de fadiga.Nvel mdio de tenso Quanto maior o valor mdio da tenso, menor a vida. Efeitos de superfcie.A maior parte das trincas que iniciam o processo de falha se origina na superfcie do material.Isto implica que as condies da superfcie afetam fortemente a vida de fadiga.Projeto da superfcie: evitando cantos vivos.Tratamento da superfcie:Eliminar arranhes ou marcas atravs de polimento. Tratar a superfcie para gerar camadas mais duras (carbonetao) e que geram tenses compressivas que compensam parcialmente a tenso externa.FRATURA FRGILO teste de impacto o mais antigo entre os ensaios mecnicos. Sua principal origem se deve aos navios, usados na Segunda Guerra Mundial, que apresentavam rachaduras catastrficas, tanto em alto mar quanto nos cais.Devido a estes danos, muitas pesquisas em torno de mtodos que fossem capazes de medir as condies adequadas para o funcionamento ideal dos materiais foram desenvolvidas. Estes eventos ocorreram mais intensamente nos meses de inverno, mostrando que o ao doce utilizado nas estruturas tornava-se frgil em condies especiais. A possibilidade de falha nas soldas foi aventada tambm como causa possvel dos colapsos.Alm do caso dos navios, falhas por fratura frgil podem tambm ocorrer em reservatrios pressurizados, pontes e dutos. A fratura frgil aquela em que no existe a deformao plstica e ocorre a partir da formao e propagao de uma trinca.Os dois principais mtodos de ensaio de impacto so Charpy e Izod. Ambos usam o pndulo como mquina para fazer os testes.Tendncias mais modernas apontam para os testes de impacto com o uso de torres de queda, capazes de produzir maiores velocidades, adequando os testes ao desenvolvimento de novos materiais. Este tipo de ensaio denominado Teste da queda de peso ou Drop Weight.DEFORMAO ELSTICAQuando se aplica um esforo mecnico, o seu efeito sobre o material ocorre em 3 etapas:Deformao elstica, Deformao plstica, Ruptura.Na deformao elstica no h ruptura das ligaes qumicas, apenas um alongamento dessas, pela presena de uma fora adicional que se soma as foras eletrostticas existentes que esto em equilbrio no material.Assim quando se aplica um esforo externo os tomos se deslocam de suas posies iniciais, porm ao cessar esse esforo eles retornam as suas posies de origem. Logo a deformao elstica retornvel e podem ser repetidas indefinidas vezes sem alterar a resistncia nem as propriedades do material.Na fase elstica a deformao proporcional ao esforo aplicado. A constante de proporcionalidade chama-se Mdulo de Elasticidade (E) E= /. Esse mdulo uma caracterstica do material, sendo proporcional energia das ligaes qumicas entre seus tomos.Tungstnio Tf= 3500C E= 39900 Kgf./mmFerro e ao Tf=1536C E= 21.000 Kgf./mmAlumnio Tf=660 C E= 7000 Kgf./mmQuando a tenso for do tipo de cisalhamento usa-se o modulo de cisalhamento G= / onde a tenso de cisalhamento e a deformao de cisalhamento E e G se relacionam pela expresso: E=2G(1+).Sempre que se aumenta elasticamente um material em uma dimenso ele se reduz nas demais. A varivel que indica esse percentual de variao se chama coeficiente de Poisson. Esse valor est em geral entre 0,25 e 0,35 para os metais =- lateral / direto.Desta forma a deformao elstica sempre maior no sentido da fora que nas direes perpendiculares.INDENTAOOs ensaios de indentao Vickers tm sido amplamente utilizados para a determinao da dureza superficial em diferentes materiais. Devido sua grande versatilidade, numerosos trabalhos esto sendo desenvolvidos neste campo, estudando-se novas metodologias e aplicaes para estes ensaios. Recentes trabalhos propem a utilizao dos ensaios de indentao como uma ferramenta capaz de avaliar caractersticas mecnicas como o mdulo de Young (E), a tenacidade fratura (KIC) e uma possvel curva de fluxo do comportamento elasto-plstico destes materiais. Entretanto, a implementao destas metodologias para a avaliao das propriedades mecnicas e os seus resultados obtidos ainda ocasionam dvidas no meio cientfico. Estas dvidas so mais intensas quando se pretende avaliar a tenacidade fratura de carbonetos de tungstnio com cobalto que, apesar de serem considerados materiais frgeis, apresentam um certo comportamento dctil. Estes materiais so utilizados na fabricao de ferramentas de corte, as quais exigem uma grande dureza superficial aliada a grandes resistncias compresso e ao desgaste. Devido a estas caractersticas mecnicas peculiares, estes carbonetos so difceis de serem avaliados atravs dos ensaios mecnicos convencionais. Por isso, numerosos trabalhos utilizando testes no convencionais tm sido desenvolvidos para determinar suas propriedades mecnicas e, dentre estes, os ensaios Vickers tm se destacado. Contudo, esta tcnica de indentao apresenta algumas limitaes e complicaes, principalmente na avaliao da tenacidade fratura, das quais se destaca a diversidade de equaes experimentais encontradas na literatura que utilizam dois possveis modelos para prever os mecanismos de nucleao e propagao de trincas.Em funo destas limitaes na anlise dos ensaios experimentais Vickers e das diferentes equaes semi-empricas encontradas na literatura para avaliao da tenacidade fratura do WC-Co, o uso de uma tcnica numrica capaz de avaliar os campos de tenses e de deformaes durante o ciclo do ensaio Vickers pode auxiliar em uma interpretao mais segura deste ensaio. Na ltima dcada, esta metodologia comeou a ser estudada atravs de modelos discretos de elementos finitos para avaliar o comportamento de diferentes materiais sob ensaio de indentao. Porm, esta tcnica tambm tem apresentado problemas, principalmente devido s limitaes computacionais e dificuldade na implementao de critrios que sejam capazes de identificar os locais de nucleao e propagao de trincas e o tipo de trinca formada.MODOS DE FALHA PREDOMINANTES EM GUINDASTES OU GRUA DE ELEVAOAs falhas predominantes nos Guindastes ou Gruas de Elevao so:Deformao elstica, onde se a carga for muito maior a carga suportada ele passa para o processo plstico podendo at se romper.Desgaste do tipo corrosivo, que ocorre em ambientes normais em quase todos os materiais.Flambagem, onde os esforos tendem a provocar instabilidades fsicas nos elementos que os suportam.2