analisis de fall de punta de eje de un camion cisterna
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5/24/2018 Analisis de Fall de Punta de Eje de Un Camion Cisterna
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ANALISIS DE LA FALLA DE LA PUNTA DE EJE DERECHADE UNA CISTERNA DE CARGA DE LA EMPRESA
TRANSPORTES VIRGILIO C.A.
Realizado por:Ing. RACA ., PhDDoctor en Metalurgia y Ciencia de los Materiales
Noviembre, 2012
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INDICE
SUMARIO 2
PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL 3
RESULTADOS EXPERIMENTALES
Inspeccin visual y anlisis macrofractogrfico asistido con Microscopa Estereoscpica 4
Anlisis Microfactogrfico previo con Microscopa Optica-Replicado 6
Anlisis Microfractogrfico en Microscopa Electrnica de Barrido 7
Anlisis qumico puntual mediante Anlisis de Espectroscopa de Energa Dispersiva
Anlisis Metalogrficos con Microscopa Optica 10
Ensayos de Dureza 11
DISCUSIN DE RESULTADOS Y CONCLUSIONES 12
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1) SUMARIO:
En el mes de Octubre de 2012 se recibi un eje cilndrico (punta de eje derecha)
perteneciente a una cisterna de carga de la empresa Transportes XXX C.A., dicho
eje experiment una falla repentina en servicio debido a un evento de fractura del
eje en su seccin transversal.
Por esta razn la empresa XXX C.A., solicit a la empresa YYYY S.A., la
ejecucin de un estudio de Anlisis de Fallas para determinar la causa de este
evento de falla; para ello remiti una de las mitades del componente fallado a las
oficinas de la empresa para realizar dicho estudio utilizando las facilidades dellaboratorio de Anlisis de Fallas de la Universidad.
Para realizar dicho estudio la pieza fue sometida a una serie de Anlisis y ensayos
de laboratorio, los cuales una vez concluidos permitieron determinar que el
componente fallado fractur por un Mecanismo de Fatiga de alto ciclaje que se
origin en esta pieza por la presencia de un defecto de fabricacin consistente en
pregrietas intergranulares provenientes de una etapa defectuosa del proceso de
fabricacin del componente, especficamente el tratamiento trmico de temple-
revenido; estas pregrietas actuaron como concentradores de esfuerzos
superficiales que facilitaron la nucleacin y crecimiento de grietas de Fatiga
Temprana en este eje; dicho accidente puede considerarse un evento fortuito
producido por defectos eventuales del proceso de fabricacin.
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2) PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL:
Para la elaboracin de este Reporte Tcnico se siguieron las siguientes etapas
experimentales:
2.1) Inspeccin ocular y registro fotogrfico del componente fallado.
2.2) Anlisis Macromorfolgico asistido con Microscopa Estereoscpica de
mediana magnificacin.
2.3) Anlisis microfractogrfico en Microscopa Optica y rplicas de acetato-cromo-paladio.
2.3) Anlisis microfractogrfico en Microscopa Electrnica de Barrido (M.E.B.)
2.4) Anlisis metalogrfico de una seccin transversal y longitudinal de la zona
primaria del eje fallado.
2.5) Ensayos de barrido de dureza en escala Brinell, por escleroscopa de
impacto.
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3) RESULTADOS EXPERIMENTALES:
3.1) Inspeccin ocular y registro fotogrfico:
En las fotografas siguientes se presentan fotografas del componente
fallado.
SERIE FOTOGRFICA N 1:
Aspecto general del componente fallado, mostrando un claro patrn de Agrietamiento por FATIGA,
del tipo de flexin reversa con orgenes en extremos opuestos (sealados por las flechas rojas) y
culminacin o zona final de fractura instantnea en las zonas indicadas por las flechas amarillas.
Tpico patrn fractogrfico de agrietamiento por fatiga bajo
condiciones de flexin reversa, con orgenes indicados en la
zona o y zona final de despegue en el centro (F).
O
O
O
O
FF
F
F
O
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3.2) Anlisis micromorfolgico en Microscopa Estereoscpica de medianamagnificacin.
SERIE FOTOGRFICA N 2:
Aspecto de la superficie adyacente a la zona de inicio del origen de agrietamiento en las dos caras
de inicio de fractura. En las fotos superiores se aprecian dos grietas de trayectoria
zigzagueante, visible con el examen de Microscopa Estereoscpica; este aspecto es
caracterstico de agrietamientos intergranulares previos.
Estas discontinuidades presentes, actan como concentradores o elevadores de esfuerzos que
producen y facilitan la nucleacin de agrietamientos por el proceso de Fatiga temprana en
servicio bajo cargas dinmicas.
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3.2) RESULTADOS DE LAS OBSERVACIONES MICROFRACTOGRFICASPREVIAS:
Con la finalidad de obtener informacin previa del mecanismo de fractura presente
en el eje fallado y orientar adecuadamente la secuencia experimental para el
estudio del problema de falla, se hicieron observaciones preliminares demicrofractografa de luz visible las cuales permiten obtener informacin preliminar
sobre el mecanismo de agrietamiento-fractura presente.
Estas observaciones fueron realizadas previa limpieza y remocin de xido de la
superficie de fractura del eje. La textura microfractogrfica para su observacin en
microscopa ptica fue obtenida mediante la tcnica de replicado en acetato de
celulosa; las rplicas obtenidas fueron procesadas por deposicin en vaco de
Platino-Paladio en un equipo de ion-sputtering.
Las fotografas subsiguientes y sus comentarios ilustran los resultados obteni
SERIE FOTOGRFICA N 3:
Las microfractografas mediante replicado y observacin en Microscopa Opticaconvencional de los pernos de las dos zonas de origen de agrietamiento en el eje fallado.
Las observaciones muestran una clsica textura de agrietamiento intergranular que
descarta la rotura del eje por sobreesfuerzo (ya que en este caso estaran presentes las
microtexturas de clivaje o cuasiclivaje) y sealan como responsable al mecanismo de
agrietamiento previo de temple o maquinado.
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3.3) RESULTADOS DE LAS OBSERVACIONESMICROFRACTOGRFICAS EN MICROSCOPA ELECTRNICA DEBARRIDO Y ANLISIS QUMICOS EDS-EDX:
Para corroborar el mecanismo de agrietamiento-fractura presente en el eje y
determinar las causas del mismo, se sometieron a observacin fractogrfica deMicroscopa Electrnica de Barrido, uno de los pernos fallados de dimetro 5/8 y
el perno fallado de dimetro 3/4 .
SERIE FOTOGRFICA N 4:
Microfractografas en M.E.B. de las zonas primarias o de origen del agrietamiento del eje fallado. Tanto en
las zonas indicadas como (A) y (B) estn localizadas las zonas primarias de agrietamiento. Puede apreciarse
que la microtextura corresponde a un tpico agrietamiento intergranular en la zona primaria, corroborando la
existencia de un proceso de preagrietamiento que puede atribuirse a una de las etapas del proceso de
fabricacin (bien el tratamiento trmico de temple o el proceso de calentamiento localizado durante el
maquinado final del eje una vez fabricado.
B
BA
AO
O
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SERIE FOTOGRFICA N 5:
Las microfractografas en M.E.B. en la zona de inicio de agrietamiento tambin muestran griet
secundarias paralelas (sealadas por las flechas), tpicas del agrietamiento por temple. El anlisis qum
puntual por la tcnica EDS-EDX en M.E.B. muestra que la composicin qumica del perno fallado (con ba
contenido de elementos aleantes Mn y Cr, pertenecen a un acero al carbono de baja aleacin.
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SERIE FOTOGRFICA N 6:
Microfractografas en M.E.B de la zona de propagacin de la grieta (sealada por las flechas en la imagesuperior), mostrando la presencia de la textura microfractogrfica conocida como ESTRIACIONES DE FATIGde alto ciclaje, que tipifican este mecanismo de falla fractura. La presencia de estas microtexturcorroboran las observaciones macrofractogrficas sobre la responsabilidad del mecanismo de Fatiga commecanismo posterior de agrietamiento progresivo que avanz hasta que finalmente el rea resistente hizo mnima y se produjo la fractura final durante el evento de falla.
A
B
BA
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3.4) RESULTADO DE LAS OBSERVACIONES METALOGRFICAS:
Para estos ensayos se han utilizado secciones extraidas por corte de las zonas deorigen (A) y (B) del eje fallado.
SERIE FOTOGRFICA N 7:
Superior: mltiples grietas de trayectoria zigzagueante intergranular caractersticas del
agrietamiento por temple ubicadas en ambas superficies del eje fallado. Centro:abundantes
inclusiones (probablemente MnS). Inferior izquierda: Tpica Martensita gruesa producto de
temperaturas elevadas de austenizacin. Inferior derecha: Granos de austenita sin transformar
debido a zona decarburizada y crecimiento de grano por temperatura excesiva de austenizacin,
que sealan un tratamiento trmico de temple defectuoso.
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SERIE FOTOGRFICA N 8:
Inferior: izquierda y centro, agrietamiento y microestructura adyacente con evidencias de alta proporcin
granos de austenita retenida y transformacin incompleta caracterstica de zona decarburizada y de crecimiento
grano austentico previo por temperatura excesiva de austenizacin.
Inferior derecha:microestructuras de transformacin incompleta: austenita retenida y bainita superior, produc
de temperatura excesiva de austenizacin.
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RESULTADO DE LAS MEDICIONES DE DUREZA:
Estos ensayos fueron realizados de manera comparativa mediante el mtodo
de escleroscopa de impacto; en la tabla siguiente se presenta el promedio de
5 mediciones realizadas en un barrido de ensayos de dureza alrededor de la
periferia del eje fallado.
Los resultados indican una dureza promedio acorde con el tratamiento trmico
de temple-revenido realizado a este eje. La dispersin presente en algunazonas es producto de los defectos del tratamiento trmico realizado.
Identificacin Dureza
BrinellZona 1 295 + 11Zona 2 237+ 5Zona 3 301 + 17Zona 4 299 + 3Zona 5 313 + 15
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4) DISCUSIN DE RESULTADOS Y CONCLUSIONES:
1) Los resultados de los anlisis y ensayos realizados muestran que la falla del eje
analizado es una falla que aunque ocurri de manera instantnea haba estado
creciendo en un perodo de tiempo anterior al accidente por el mecanismo deagrietamiento conocido como Fatiga.
2) Dicho proceso de crecimiento progresivo de agrietamiento por Fatiga, ha
ocurrido debido al hecho fortuito que dicho eje presentaba defectos de fabricacin
que produjeron un agrietamiento previo.
3) Los anlisis realizados demuestran que el agrietamiento previo fue ocasionado
por un proceso de tratamiento trmico de endurecimiento (temple y revenido),
incorrecto realizado por el fabricante, en el cual se produjo un agrietamiento
intergranular caracterstico de estos defectos de fabricacin. Dicho agrietamiento
previo (en toda la zona superficial en la periferia del eje) ha actuado como un
concentrador o elevador de esfuerzos que produjo un evento de Fatiga temprano
en dicho componente.
4) La presencia de grietas intergranulares en la superficie de fractura del eje, es
coherente con el mecanismo de agrietamiento de temple; en este caso particular
la presencia de detalles microestructurales como presencia excesiva de austenita
retenida, decarburizacin superficial y crecimiento de grano subsuperficial,
sugieren que el agrietamiento de temple ha ocurrido por temperaturas excesivas
durante la etapa de austenizacin o por uso de un sistema de calentamiento u
horno con calentamiento no uniforme que ha podido generar puntos calientes o
zonas de mayor temperatura durante la austenizacin, cualquiera de estas
condiciones podra generar crecimientos localizados de grano y fragilidad en el
grano austentico previo a la transformacin martenstica siendo esta una
condicin que favorece la aparicin de grietas de temple
4) Los resultados de los ensayos de dureza estn acordes con el proceso
posterior de tratamiento trmico (temple revenido) al que fue sometido el eje en su
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proceso de fabricacin. La dispersin de los valores de dureza sugiere un
tratamiento trmico defectuoso de este eje.
5) No pudieron detectarse otros defectos microestructurales en el componente ni
evidencia de usos inadecuados (sobre esfuerzos operacionales) en el ejeestudiado.
6) Se considera que dicho evento de preagrietamiento del eje es un evento fortuito
y que probablemente no est presente en otras unidades de transporte similares a
las que perteneca dicho eje. A partir de estas evidencias puede establecerse que
la causa raz de esta falla est relacionada con la presencia de grie tas
preexistentes en el eje fallado debido a defectos del tratamiento trmico de
temple, probablemente en la etapa de austenizacin del mismo.