Investigação da causa da fratura na haste do cilindro hidráulico da comporta do vertedouro da UHE Tucuruí

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.