Metodologia de análise e diagnóstico de fratura em um componente automotivo sujeito a cargas cíclicas alternadas

The competitiveness of the trade generated by the higher availability of products with lower quality and cost promoted a new reality of industrial production with small clearances. Track deviations at the production are not discarded, uncertainties can statistically occur. The world consumer and the Brazilian one are supported by the consumer protection code, in lawsuits against the products poor quality. An automobile is composed of various systems and thousands of constituent parts, increasing the likelihood of failure. The dynamic and security systems are critical in relation to the consequences of possible failures. The investigation of the failure gives us the possibility of learning and contributing to various improvements. Our main purpose in this work is to develop a systematic, specific methodology by investigating the root cause of the flaw occurred on an axle end of the front suspension of an automobile, and to perform comparative data analyses between the fractured part and the project information. Our research was based on a flaw generated in an automotive suspension system involved in a mechanical judicial cause, resulting in property and personal damages. In the investigations concerning the analysis of mechanical flaws, knowledge on materials engineering plays a crucial role in the process, since it enables applying techniques for characterizing materials, relating the technical attributes required from a respective part with its structure of manufacturing material, thus providing a greater scientific contribution to the work. The specific methodology developed follows its own flowchart. In the early phase, the data in the records and information on the involved ones were collected. The following laboratory analyses were performed: macrography of the fracture, micrography with SEM (Scanning Electron Microscope) of the initial and final fracture, phase analysis with optical microscopy, Brinell hardness and Vickers microhardness analyses, quantitative and qualitative chemical analysis, by using X-ray fluorescence and optical spectroscopy for carbon analysis, qualitative study on the state of tension was done. Field data were also collected. In the analyses data of the values resulting from the fractured stock parts and the design values were compared. After the investigation, one concluded that: the developed methodology systematized the investigation and enabled crossing data, thus minimizing diagnostic error probability, the morphology of the fracture indicates failure by the fatigue mechanism in a geometrically propitious location, a tension hub, the part was subjected to low tensions by the sectional area of the final fracture, the manufacturing material of the fractured part has low ductility, the component fractured in an earlier moment than the one recommended by the manufacturer, the percentages of C, Si, Mn and Cr of the fractured part present values which differ from the design ones, the hardness value of the superior limit of the fractured part is higher than that of the design, and there is no manufacturing uniformity between stock and fractured part. The work will contribute to optimizing the guidance of the actions in a mechanical engineering judicial expertise

A competitividade do comércio gerado pela maior disponibilidade de produtos com qualidade e custos menores, promoveu uma nova realidade de produção industrial com pequenas folgas. Desvios de trajetória na produção não são descartados, as incertezas estatisticamente podem ocorrer. O consumidor mundial e o brasileiro estão respaldados pelo código de defesa do consumidor, para pleitos quanto à má qualidade dos produtos. O automóvel é composto por diversos sistemas e milhares de peças constituintes, aumentando a probabilidade de falhas. Os sistemas dinâmicos e de segurança, são críticos em relação às conseqüências das falhas possíveis. A investigação da falha nos dá a possibilidade de aprendizado e contribuição para diversas melhorias. O nosso objetivo principal neste trabalho é desenvolver metodologia específica sistemática através da investigação da causa raiz da falha ocorrida em uma ponta de eixo da suspensão dianteira de um automóvel, realizar análises comparativas de dados entre a peça fraturada e estoque e informações de projeto. A nossa investigação foi baseada em uma falha gerada em um sistema de suspensão automotivo, envolvido em uma causa judicial mecânica, gerando danos materiais e pessoais. Nas investigações que envolvem análise de falhas mecânicas, o conhecimento de engenharia de materiais tem papel crucial no processo, pois permite a aplicação de técnicas para caracterização dos materiais, relacionando os atributos técnicos exigidos de uma respectiva peça com a sua estrutura de material de fabricação, dando um maior aporte científico ao trabalho. A metodologia específica desenvolvida obedece a um fluxograma próprio. Na fase inicial foram coletados dados dos autos e informações dos envolvidos. As seguintes análises laboratoriais foram executadas: macrografia da fratura, micrografia com MEV (microscópio eletrônico de varredura) da fratura inicial e final, análise de fases com microscopia ótica, análise de dureza Brinell e microdureza Vickers, análise química quantitativa e qualitativa, utilizando fluorescência de raios x e espectroscopia ótica para análise de carbono, foi feito estudo qualitativo do estado de tensão. Dados de campo também foram coletados. Nas análises foram comparados dados dos valores resultantes das peças fraturada estoque e valores de projeto. Após a investigação, foi concluído que: a metodologia desenvolvida sistematizou a investigação e permitiu cruzamentos de dados minimizando probabilidade de erros de diagnóstico, a morfologia da fratura indica falha pelo mecanismo de fadiga em um local geometricamente propício concentrador de tensão, a peça foi submetida a tensões baixas pela área de secção da fratura final, o material de fabricação da peça fraturada tem baixa ductilidade, o componente fraturou em um momento inferior ao preconizado pelo fabricante, os percentuais de C, Si, e Cr da peça fraturada estão com os valores diferentes do projeto, o valor de dureza do limite superior da peça fraturada está maior que o projeto e não existe uniformidade de fabricação entre peça fraturada e estoque. O trabalho contribuirá para otimizar o norteamento das ações em uma perícia judicial de engenharia mecânica