Title

ANÁLISE DE FALHA METALÚRGICA EM RODAS DE APOIO DE VIRADORES DE VAGÕES: UM ESTUDO DE CASO COM AÇO SAE 4140

METALLURGICAL FAILURE ANALYSIS OF SUPPORT WHEELS IN WAGON ROTARY DUMPERS: A CASE STUDY WITH SAE 4140 STEEL

Authorship

ALPINO, JOSE ALBERTO LOZER DE; REGATTIERI, CINTIA; DONATTI, GUSTAVO

ALPINO, JOSE ALBERTO LOZER DE

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REGATTIERI, CINTIA

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DONATTI, GUSTAVO

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DOI

10.5151/2594-5327-42119

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Abstract

Este artigo apresenta uma análise de falha metalúrgica em rodas equalizadoras de apoio utilizadas em viradores de vagões no Porto de Tubarão, com foco em um estudo de caso envolvendo o aço SAE 4140. Após a fratura prematura de rodas com apenas três meses de operação, foram conduzidas análises químicas, micrográficas, mecânicas e fratográficas para identificar as causas da falha. Os resultados revelaram que o material apresentava composição química fora da especificação, com baixo teor de carbono e alto teor de silício, além de uma microestrutura superficial martensítica com profundidade de camada insuficiente. O núcleo da roda mostrou-se heterogêneo, com presença de bainita revenida e defeitos de fundição, favorecendo a propagação de trincas. Ensaios de tração e impacto indicaram baixíssimos níveis de dutilidade e tenacidade, resultando em fratura frágil por clivagem. A investigação conclui que a falha foi causada por uma combinação de não conformidades metalúrgicas e deficiências no tratamento térmico, destacando a importância do controle rigoroso de processos na fabricação de componentes críticos.

THIS ARTICLE PRESENTS A METALLURGICAL FAILURE ANALYSIS OF SUPPORT EQUALIZING WHEELS USED IN WAGON ROTARY DUMPERS AT THE PORT OF TUBARãO, FOCUSING ON A CASE STUDY INVOLVING SAE 4140 STEEL. AFTER THE PREMATURE FRACTURE OF WHEELS WITH ONLY THREE MONTHS OF OPERATION, CHEMICAL, MICROSTRUCTURAL, MECHANICAL, AND FRACTOGRAPHIC ANALYSES WERE CONDUCTED TO IDENTIFY THE CAUSES OF THE FAILURE. THE RESULTS REVEALED THAT THE MATERIAL HAD A CHEMICAL COMPOSITION OUTSIDE THE SPECIFIED RANGE, WITH LOW CARBON AND HIGH SILICON CONTENT, AS WELL AS A MARTENSITIC SURFACE MICROSTRUCTURE WITH INSUFFICIENT HARDENED LAYER DEPTH. THE WHEEL CORE WAS FOUND TO BE HETEROGENEOUS, WITH TEMPERED BAINITE AND CASTING DEFECTS, WHICH FAVORED CRACK PROPAGATION. TENSILE AND IMPACT TESTS INDICATED EXTREMELY LOW LEVELS OF DUCTILITY AND TOUGHNESS, RESULTING IN BRITTLE FRACTURE BY CLEAVAGE. THE INVESTIGATION CONCLUDED THAT THE FAILURE WAS CAUSED BY A COMBINATION OF METALLURGICAL NONCONFORMITIES AND DEFICIENCIES IN HEAT TREATMENT, HIGHLIGHTING THE IMPORTANCE OF STRICT PROCESS CONTROL IN THE MANUFACTURING OF CRITICAL COMPONENTS.

Keywords

Falha metalúrgica, Roda, Aço SAE 4140, Fratura frágil, Análise microestrutural.

Metallurgical failure, Wheel, SAE 4140 steel, Brittle fracture, Microstructural analysis