Descrição do plano de fundo:
Recentemente, um grupo de molas de uma empresa quebrou durante testes. O processo de fabricação das molas envolve tratamento térmico de resfriamento, retificação, conformação curva, pré-shot peening, nitretação a gás, shot peening e presa a quente.
Uma análise foi realizada para determinar o motivo da rachadura da mola quebrada.
Método de teste e equipamento
Conteúdo de teste: análise macromorfológica;
Equipamento de teste:
- estereomicroscópio M250;
- microscópio metalográfico DM6000;
- microscópio eletrônico de varredura ZEISS EVO18;
- Espectrômetro de energia ZEISS EVO18.
Resultado do teste
Análise morfológica macroscópica
Após a realização de testes em três amostras marcadas após a primavera, elas foram identificadas como amostra nº 4, amostra nº 3 e amostra nº 3, conforme registrado. A Figura 1 mostra que todas as três amostras sofreram fratura por fadiga.
Com base na planicidade da superfície de fratura e na área da zona de fratura instantânea, pode-se concluir que a amostra nº 4 sofreu a fratura inicial, seguida pela amostra nº 3 e, finalmente, a amostra nº 3 novamente.
A cor amarelo claro da primavera é resultado do tratamento de nitretação. O tratamento de nitretação é um processo de tratamento térmico químico que envolve permitir que átomos de nitrogênio penetrem na camada superficial da peça de trabalho em um meio específico a uma temperatura específica. As peças que passam por tratamento de nitretação apresentam excelente resistência ao desgaste, resistência à fadiga, resistência à corrosão e resistência a altas temperaturas.
A fratura da mola está localizada na fonte de fadiga e tem uma aparência branca brilhante. Devido ao desgaste da camada de nitreto, a resistência à fadiga da superfície é reduzida, levando à fissuração por fadiga.
Fig. 1 foto macro de fratura de mola quebrada
Análise de microestrutura metalográfica
Consulte a Fig. 2 para a micrografia metalográfica que mostra a seção transversal da mola quebrada.
Conforme representado na Fig. 2, há uma fina camada nitretada branca na superfície da mola, que parece ser ondulada e de espessura irregular.
Fig. 2 Micrografia metalográfica da seção transversal da mola de fratura
Veja a Fig. 3 para a micrografia metalográfica da seção longitudinal da mola quebrada.
Na Figura 3, pode-se observar que existe uma camada nitretada branca na superfície da mola e uma estrutura de faixa óbvia.
Fig. 3 Micrografia metalográfica da seção longitudinal da mola de fratura
Veja a Fig. 4 para a micrografia metalográfica da seção transversal da mola através do teste de fadiga.
Na Figura 4, pode-se observar que existem estruturas brancas semelhantes a pulsos na superfície da mola através do teste de fadiga.
Fig. 4 Micrografia metalográfica da seção transversal da mola através do teste de fadiga
A estrutura do veio é um tipo de rede de nitreto formada por meio de altas temperaturas, potencial de nitrogênio ou tempo prolongado de nitretação.
Como a camada de nitretação nas peças da mola é extremamente fina, quaisquer efeitos adversos de um processo prolongado podem ser minimizados.
A causa provável de tais efeitos pode ser temperaturas de nitretação ou potenciais de nitrogênio excessivamente elevados.
A presença de uma estrutura de veio pode diminuir a resistência à fadiga da camada de nitretação.
Teste de microdureza
Os resultados do teste de microdureza superficial da mola mostram que a microdureza superficial da mola é de cerca de 560hv e a microdureza do núcleo é de cerca de 510HV.
Análise SEM da superfície de fratura
A Figura 5 mostra a micrografia SEM da fratura da mola.
Com base na micrografia, fica evidente que a fratura é resultado de fadiga e teve início na superfície externa da mola.
A zona de expansão por fadiga é relativamente pequena, constituindo apenas cerca de 20% da fratura.
Além da zona de expansão por fadiga, segue-se uma região de expansão rápida.
Esta área apresenta um padrão de espinha de peixe instável e faixas locais de fadiga em rápida expansão.
Marcas de arranhões e buracos são visíveis na origem da fratura da mola, indicando que são a principal causa da fratura.
Além disso, existem partículas esféricas presentes na região fonte da fratura.
Fig. 5 Micrografia SEM da mola de fratura
Análise da composição química de partículas fractográficas por EDS
Para examinar a origem das partículas de fratura, realizamos uma análise da composição da microárea usando o espectro de energia EDS.
Os resultados da análise revelam que os elementos primários nas partículas são Mo e Cr, o que pode indicar a presença de lubrificantes no óleo lubrificante.
Tabela 1 Resultados da análise do espectro de energia EDS de material particulado (%)
| elemento | % por peso |
| CK | 3,83 |
| OK | 4.07 |
| CrK | 8,77 |
| FeK | 56,28 |
| Nik | 3,85 |
| MoL | 23h20 |
| total | 100 |
Fig. 6 Resultados da análise do espectro de energia EDS de material particulado
Tabela 2 Resultados da análise do espectro de energia 2EDS de material particulado (%)
| elemento | % por peso |
| CK | 2.28 |
| OK | 16h35 |
| CrK | 3,83 |
| MnK | 0,46 |
| FeK | 38,49 |
| Nik | 38,59 |
| total | 100,00 |
Fig. 7 Resultados da análise do espectro de energia 2EDS de material particulado
Conclusão
O modo de fratura da mola é a fratura por fadiga.
A fonte de fadiga da mola quebrada parece ser o desgaste, conforme indicado pela aparência branca brilhante e pela camada de nitreto desgastada. Este desgaste reduziu a resistência à fadiga da superfície, resultando em fissuras por fadiga.
A presença de uma estrutura tipo pulso na superfície também contribuirá para a redução da resistência à fadiga do material.
