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Tipo: Dissertação
Data do documento: 16-Ago-2018
Autor(es): MOREIRA, Davi Carvalho
Primeiro(a) Orientador(a): MERLIN, Bruno
Título: Investigação da causa da fratura na haste do cilindro hidráulico da comporta do vertedouro da UHE Tucuruí
Agência de fomento: ELETRONORTE - Centrais Elétricas do Norte do Brasil S/A
Citar como: MOREIRA, Davi Carvalho. Investigação da causa da fratura na haste do cilindro hidráulico da comporta do vertedouro da UHE Tucuruí. Orientador: Bruno Merlin. 2018. 123 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia de Barragem e Gestão Ambiental) - Núcleo de Desenvolvimento Amazônico em Engenharia, Universidade Federal do Pará, Tucuruí, 2018. Disponível em: http://repositorio.ufpa.br:8080/jspui/handle/2011/12232. Acesso em:.
Resumo: Neste trabalho apresenta-se uma investigação das causas da fratura em uma haste do cilindro hidráulico que movimenta a comporta do vertedouro da usina hidrelétrica de Tucuruí, após 30 anos de serviço. A análise química e os ensaios de tração confirmaram que o material da haste atende a especificação de projeto que corresponde ao aço inoxidável martensítico AISI 410, com Fator J e Fator P indicando que o material possui susceptibilidade a fragilização ao revenido. A análise da superfície fraturada, com auxílio do microscópio eletrônico de varredura, mostrou uma estrutura totalmente martensita com a presença de ferrita-δ, promovendo um forte efeito negativo nas propriedades mecânicas do aço, reduzindo resistência ao impacto e a energia de propagação da trinca. Os ensaios de impacto, em corpos de prova Charpy-V, indicaram uma baixa tenacidade para a haste em estudo. A análise metalográfica evidenciou uma fratura intergranular com sinais de clivagem, propagação das trincas ao longo dos contornos da austenita prévia e uma intensa corrosão intergranular junto a superfície da haste. A medição dos esforços nas hastes dos cilindros hidráulicos, em situação real de serviço, mostrou que a tensão na secção de maior diâmetro da haste, quando da abertura da comporta, é inferior aos valores de projeto e a variação de amplitude da tensão, causada pela passagem da água pela comporta, possui valores menores que 1% da tensão nominal. Os resultados obtidos no ensaio em campo foram utilizados nos estudos numéricos modelados pelo Método dos Elementos Finitos, observando-se no local onde ocorre a fratura, uma tensão de aproximadamente 63% da tensão de escoamento do material e vida infinita para fadiga de baixo ciclo (abertura e fechamento da comporta) e muito alto ciclo (passagem de água pela comporta). A haste rompeu devido à baixa tenacidade ao impacto e uma moderada resistência à corrosão, associada ao efeito de entalhe da zona crítica de transição da seção da haste. Estas condições, juntamente com efeito corrosivo da água, propiciaram a nucleação de trincas por corrosão sob tensão e sua propagação por fadiga, até a ruptura total, frágil. O desempenho da haste decorre do tratamento térmico inadequado durante o processo de fabricação, que resultou em elevado teor de ferrita-δ, fragilização ao revenido, baixa tenacidade ao impacto e susceptibilidade à corrosão sob tensão.
Abstract: This research presents an investigation of the causes of the fracture in a piston rod of he hydraulic cylinder that moves the spillway floodgate of the hydroelectric power plant of Tucuruí, after 30 years of service. The chemical analysis and tensile tests confirmed that the piston rod material meets the design specification corresponding to AISI 410 martensitic stainless steel, with J-Factor and P-Factor indicating that the material is susceptible to temper embrittlement. The analysis of the fractured surface, using a scanning electron microscope, showed a totally martensite structure with δ-ferrite, promoting a strong negative effect on the mechanical properties of the steel, reducing impact resistance and crack propagation energy. The impact tests, on Charpy-V test specimens, indicated low tenacity for the studied piston rod. The metallographic analysis showed an intergranular fracture with cleavage signals, crack propagation along the outlines of the previous austenite and an intense intergranular corrosion along the surface of the piston rod. The stress measurement in the piston rods of the hydraulic cylinders, in a real service situation, showed that the stress in the section of larger diameter of the piston rod, during the floodgate opening, is lower than design values, and the stress amplitude variation, caused by water passing through the floodgate, has values less than 1% of the nominal stress. The results btained in the field test were used in numerical studies modeled by the Finite Element Method, observing a stress of approximately 63% of the yield stress of the material and infinite life for low cycle fatigue (opening and closing of the floodgate) and very high cycle fatigue (water passing through the floodgate) in the place where the fracture occurs. The piston rod failed due to low impact tenacity and moderate corrosion resistance, associated with the notch effect of the critical transition zone of the piston rod section. These conditions, together with the corrosive effect of the water, led to crack nucleation under stress corrosion and propagation through fatigue, until the total brittle failure. The performance of the piston rod comes from inadequate heat treatment during the manufacturing process, which resulted in high δ-ferrite content, temper embrittlement, low impact tenacity and susceptibility to stress corrosion.
Palavras-chave: Barragens - Segurança
Aço - Fratura
Usina Hidrelétrica de Tucuruí - PA
Área de Concentração: BARRAGEM E MEIO AMBIENTE
Linha de Pesquisa: SEGURANÇA DE BARRAGEM
CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA CIVIL
País: Brasil
Instituição: Universidade Federal do Pará
Sigla da Instituição: UFPA
Instituto: Núcleo de Desenvolvimento Amazônico em Engenharia - NDAE/Tucuruí
Programa: Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Barragem e Gestão Ambiental
Tipo de Acesso: Acesso Aberto
Fonte: 1 CD-ROM
Aparece nas coleções:Dissertações em Engenharia de Barragem e Gestão Ambiental (Mestrado) - PEBGA/NDAE/Tucuruí

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