Análise de falha em abraçadeira de aço para aplicação automotiva.

Abstract

Em nossa vida cotidiana utilizamos uma infinidade de ferramentas, equipamentos e produtos, grande parte desses produtos são produzidos a partir de materiais metálicos. A indústria automotiva utiliza uma infinidade de componentes metálicos, Modi e Vadhavkar (2019) estimam que 58% do peso de um veículo é proveniente do ferro ou aço. Essas peças são suscetíveis a falhas com diferentes de causas. Sabemos que as falhas podem ocasionar acidentes responsáveis por grandes prejuízos, como danos à natureza, prejuízos financeiros e até mesmo a perda de vidas. Assim, a ocorrência de um acidente exige que suas causas sejam determinadas, tanto para evitar novos acidentes, quanto para determinar as eventuais responsabilidades civis e criminais. Nesse trabalho procuramos esclarecer as causas raízes da falha em abraçadeiras utilizadas em mangueiras automotivas. As falhas ocorreram durante o controle de qualidade em ensaio de corrosão sob tensão (CST). As abraçadeiras são produzidas com o aço SAE 6150, correspondente ao aço DIN 53CrV4, um aço ligado ao cromo e vanádio. A produção das abraçadeiras utiliza chapas de aço laminados a quente que são estampados e tratados termicamente por austêmpera. O trabalho utilizou duas chapas de aço SAE 6150 laminados a quente com diferentes espessuras (4,0mm e 5,5mm), ambas utilizadas na produção das abraçadeiras. Também utilizou uma abraçadeira que não rompeu ao ser submetida a ensaio de CST e outras duas abraçadeiras que romperam no mesmo ensaio. As chapas de aço tiveram sua composição química determinada por espectrometria de emissão óptica, suas propriedades mecânicas determinadas em ensaio de tração uniaxial e ensaio de dureza, além da sua microestrutura analisada por microscopia óptica (MO). As fraturas das abraçadeiras rompidas foram examinadas por inspeção visual e por microscopia eletrônica de varredura (MEV). As abraçadeiras, rompidas e não rompidas, foram analisadas por espectrometria de emissão óptica para determinar sua composição química, também foram submetidas à ensaio de dureza e analisadas por microscopia óptica. Os Diagramas de Temperatura Tempo e Transformação (TTT) foram determinados para o aço utilizando corpos de prova produzidos a partir das duas chapas de aço, de espessuras diferentes, por meio de ensaios de dilatometria. Corpos de prova (CPs) utilizados para o ensaio de dilatometria em três temperaturas distintas (680ºC, 400ºC e inferior a 260ºC) foram caracterizados quanto a sua microestrutura utilizando MO. A presença de concentrador de tensão na geometria da abraçadeira, e as tensões máximas, foram determinadas utilizando simulação numérica pelo método dos elementos finitos (MEF), fazendo uso de malha com maior refinamento na região de concentração de tensão. O MEF foi utilizado para determinar os parâmetros necessários para reproduzir as mesmas tensões máximas nos CPs utilizados no ensaio de CST. Os CPs foram confeccionados a partir da chapa de aço de 4,0mm, foram submetidos à dobramento e austemperados em duas isotermas (300ºC e 400ºC). Aos CPs foram aplicadas tensão máximas correspondentes ao aplicado nas abraçadeiras, para o mesmo ensaio, e foram submersos em solução ácida para execução do ensaio de CST. Das análises realizadas conclui-se que as composições químicas das chapas e das abraçadeiras precisam ser mais bem controladas. As abraçadeiras rompidas possuem uma microestrutura de bainita mais grosseira, com tendência de formação de martensita, e se assemelham aos CPs austemperados a 300ºC (que também romperam no ensaio de CST). Já a abraçadeira não rompida possui uma microestrutura de bainita refinada, semelhante aos CPs austemperados a 400ºC (que também resistiram ao ensaio de CST sem romper). Dos resultados obtidos é possível concluir que a causa raiz das falhas das abraçadeiras analisadas foi a realização do tratamento térmico em temperatura muito próxima à temperatura de transformação da martensita.