5 tipos comuns de fraturas de metal e como evitar uma avaliação não destrutiva

A compreensão dos mecanismos de fratura de metais é fundamental para os profissionais de testes não destrutivos (TND).Este guia técnico abrange seis tipos de fraturas primárias com estratégias de prevenção para aplicações industriais.

Fratura de corrosão por esforço

Características

A fratura por corrosão por estresse é uma fratura que ocorre sob a ação combinada de estresse de tração e meios corrosivos específicos.A superfície da fratura apresenta, em geral, características de fratura frágil, mas às vezes pode ser acompanhada de ligeira deformação plástica..

Mecanismo de formação

Em meios corrosivos, uma película de produto de corrosão se forma na superfície do metal.A superfície do metal fresco corrói rapidamenteEste ciclo repete-se, fazendo com que as rachaduras se propaguem continuamente dentro do metal, provocando finalmente a fratura.

Fatores que influenciam

O estado de tensão, os meios corrosivos e a sensibilidade do material são os principais fatores que afetam a fratura por corrosão por tensão. A tensão de tração é uma condição necessária para iniciar a fratura por corrosão por tensão;Diferentes meios corrosivos têm diferentes efeitos de corrosão em diferentes materiais metálicos■ certos materiais metálicos apresentam uma elevada sensibilidade a meios corrosivos específicos.

Medidas de prevenção

Selecionar corretamente os materiais, escolhendo materiais insensíveis à corrosão por tensão;

Reduzir os níveis de tensão dos componentes, utilizando o recozimento e outros processos para eliminar a tensão residual;

Melhorar as condições ambientais, tais como a redução da concentração de meios corrosivos e o controlo da temperatura;

utilizar medidas de protecção da superfície, tais como revestimentos e galvanização.

Método NDT sugerido

Ensaios de penetração de líquidos, detecção de rachaduras por ultra-som

Fratura de raspador

Características

A fratura de arrasto é a deformação plástica lenta e a fratura que ocorre ao longo do tempo sob alta temperatura e estresse constante.estágio de deslizamento em estado estacionárioA superfície da fratura é geralmente áspera com cor óbvia de oxidação.

Mecanismo de formação

Em ambientes de alta temperatura, a atividade atômica dentro do metal aumenta, e as luxações escalham e deslizam facilmente.causando uma deformação plástica lenta do metalAo longo do tempo, a deformação acumula-se e, quando chega a um certo nível, desencadeia a formação de rachaduras e propagação, levando finalmente à fratura.

Fatores que influenciam

A temperatura, o estresse e o tempo são os principais fatores que afetam a fratura de arrasto.Tempos mais longos aumentam a possibilidade de fratura por arrastamentoAlém disso, a composição química e a microstrutura do material também afetam as propriedades de arrastamento.

Medidas de prevenção

Seleccionar materiais resistentes a altas temperaturas e resistentes ao arrasto;

Controlar racionalmente a temperatura de trabalho e os níveis de tensão, evitando os estados de alta temperatura e tensão a longo prazo;

Otimizar a microestrutura do material para melhorar a resistência ao arrasto.

Método NDT sugerido

Fratura por fadiga

Características

A fratura por fadiga é uma fratura que ocorre após um certo número de ciclos sob tensão alternada.e fractura finalA superfície da fratura por fadiga é geralmente constituída por zonas lisas e ásperas, onde a zona lisa é a área de propagação lenta das rachaduras e a zona áspera é a área de fratura rápida final.

Mecanismo de formação

Sob tensão alternada, algumas áreas fracas na superfície do metal, tais como limites de grãos e bordas de inclusão, produzem pequenas rachaduras - início de rachaduras.As rachaduras expandem-se continuamente sob tensãoQuando as rachaduras se propagam até certo ponto, a secção transversal remanescente não pode resistir à força externa, resultando em fratura final.

Fatores que influenciam

A amplitude de tensão, a tensão média, o número de ciclos e o limite de fadiga do material são os principais fatores que afetam a fratura por fadiga.Amplitude de tensão mais elevada e tensão média aceleram a propagação de rachaduras e reduzem a vida útil da fadiga■ mais ciclos aumentam a possibilidade de fratura por fadiga; um limite de fadiga do material mais elevado indica uma maior resistência à fratura por fadiga.

Medidas de prevenção

Projeto racional das estruturas dos componentes para reduzir a concentração de tensão; seleção de materiais com limites elevados de fadiga;

Realizar tratamentos de reforço de superfície, tais como o descascamento e o laminação, para melhorar a resistência à fadiga da superfície;

controlar a magnitude da carga e o número de ciclos para evitar o excesso dos limites de fadiga do material.

Método NDT sugerido

Fratura frágil

Características

A fratura frágil é um modo de fratura em que o metal não sofre quase nenhuma deformação plástica óbvia antes da fratura.frequentemente apresentando padrões cristalinos ou de osso de arenque, com brilho metálico.

Mecanismo de formação

A fratura frágil é causada principalmente pela presença de rachaduras ou defeitos dentro do metal.Quando a concentração de tensão atinge a resistência à fratura do materialEste modo de fratura é geralmente relacionado à estrutura cristalina do material, ao teor de impurezas e ao estado de tensão.

Fatores que influenciam

A fragilidade do material é afetada por vários fatores: um maior teor de carbono e um maior teor de impurezas reduzem a dureza do metal e aumentam a fragilidade;ambientes de baixa temperatura alteram a estrutura cristalina do metal, reduzindo a dureza; estados de tensão de tração triaxial também promovem fratura frágil.

Medidas de prevenção

Controlar rigorosamente a composição química do material e reduzir o teor de impurezas;

Realizar um tratamento térmico adequado para melhorar a microestrutura e aumentar a resistência;

Projeto racional das estruturas dos componentes para evitar os estados de tensão de tração triaxial;

Aplicar medidas de pré-aquecimento quando utilizado em ambientes de baixa temperatura.

Método NDT sugerido

Fratura do dúctil

Características

A fratura dúctil é um modo de fratura em que o metal sofre deformação plástica óbvia antes da fratura.onde a secção transversal local reduz significativamenteA superfície da fratura aparece geralmente fibrosa ou em forma de taça e cone, com uma cor maçante e sem brilho óbvio.

Mecanismo de formação

Quando o metal é submetido a forças externas, as luxações deslizam sobre planos de deslizamento.causando deformação plástica dos cristaisÀ medida que a deformação continua, as luxações se enredam e acumulam, formando paredes de luxação e limites de subgranos.desencadeia a formação e crescimento de microvóidesA interconexão de microvóides leva, em última análise, à fratura do metal.

Fatores que influenciam

A composição química, a microestrutura e a temperatura dos materiais têm efeitos significativos sobre a fratura dúctil.O aço que contém elementos de liga adequados tem geralmente uma maior resistência;

A estrutura de grãos finos pode melhorar a dureza do metal;

Enquanto em ambientes de baixa temperatura, a dureza do metal diminui significativamente, tornando mais provável a fratura dúctil.

Medidas de prevenção

Selecionar corretamente os materiais para garantir uma boa resistência;

Otimizar a microestrutura do material e refinar os grãos através de processos de tratamento térmico;

evitar a utilização de materiais metálicos sensíveis a baixas temperaturas em ambientes de baixas temperaturas.

Método NDT sugerido

Referência:

Zhou, Hongyu & Li, Jian & Liu, Jie & Yu, Peichen & Liu, Xinyang & Fan, Zhiyang & Hu, Anqing & He, Yinsheng. (2024).Redução significativa da duração de arrastamento do cotovelo do tubo de vapor P91 causada por uma microestrutura aberrante após um serviço de curta duraçãoRelatórios científicos 14. 10.1038/s41598-024-55557-w.

A partir de 1 de janeiro de 2014, a Comissão deve apresentar ao Conselho e ao Parlamento Europeu uma proposta de decisão relativa à concessão de um programa de investigação e desenvolvimento tecnológico.

https://www.nde-ed.org/Physics/Materials/Mechanical/NotchToughness.xhtml

https://eengineerkey.com/creep-and-creep-fracture