4- Há pouco tempo atrás foi divulgado o acidente trágico com a implosão do submersível Titan da OceanGate, feito de titânio e fibra de carbono. Discuta sobre o comportamento mecânico dos materiais usados no projeto do Titan, as possíveis falhas associadas a estes materiais nas condições de serviço, e com base na aula comente as alternativas para prevenir este tipo de falência que responde por aprox.
das falhas que ocorrem nos metais.
Passo 1
O enunciado pede para a gente discutir o comportamento mecânico do titânio e da fibra de carbono usados no Titan, as falhas que podem ocorrer em serviço e, com base na aula, comentar as alternativas de prevenção para o tipo de falha que responde por cerca de
das falhas em metais (fadiga). Para isso vamos:
- Revisar as propriedades mecânicas básicas desses materiais.
- Identificar as falhas típicas sob as condições extremas de um mergulho profundo.
- Apresentar estratégias de projeto, fabricação e manutenção para evitar fadiga.
Passo 2
O titânio é famoso pela alta relação resistência/peso, ótima tenacidade e excelente resistência à corrosão (inclusive em meio salino). Sua resistência à tração chega facilmente a
em ligas como Ti-6Al-4V, com módulo de elasticidade em torno de
. Já os compósitos de fibra de carbono são leves, têm módulo que pode passar de
na direção das fibras e resistência à tração superior a
, mas são anisotrópicos, menos resistentes à compressão transversal e dependem muito da integridade da matriz polimérica (que pode degradar-se com umidade e temperatura).
Passo 3
Em serviço, o submersível enfrenta pressões muito altas (várias dezenas de MPa). As possíveis falhas são:
• No titânio: iniciação de trincas em concentrações de tensão (soldas, furos, reentrâncias), propagação rápida por fadiga devido à carga cíclica de imersão/emergência e possível fratura fragilizada se houver hidrogênio absorvido (fragilização por hidrogênio).
• No compósito de carbono: delaminação entre camadas (principalmente sob compressão transversal), fissuração da matriz polimérica por fluência ou absorção de água, colapso por instabilidade local (buckling de painéis finos) e propagação interlaminar de trincas.
• No titânio: iniciação de trincas em concentrações de tensão (soldas, furos, reentrâncias), propagação rápida por fadiga devido à carga cíclica de imersão/emergência e possível fratura fragilizada se houver hidrogênio absorvido (fragilização por hidrogênio).
• No compósito de carbono: delaminação entre camadas (principalmente sob compressão transversal), fissuração da matriz polimérica por fluência ou absorção de água, colapso por instabilidade local (buckling de painéis finos) e propagação interlaminar de trincas.
Passo 4
Como cerca de
das falhas metálicas se deve à fadiga, preveni-la é crucial. As principais estratégias são:
- Projeto com distribuição de tensão suave: evitar raios de curvatura muito pequenos e concentrações de tensão; usar fillets e transições graduais.
- Tratamentos de superfície no titânio: jateamento de granalha ou shot peening para gerar tensões residuais compressivas e retardar a iniciação de trincas.
- Controle rigoroso de defeitos de fabricação: inspeção não destrutiva (ultrassom, radiografia ou líquidos penetrantes) para detectar inclusões, poros e descontinuidades em soldas e interfaces do compósito.
- Escolha de matrizes poliméricas resistentes à higrólise e ao calor, além de cuidadosa cura do compósito para minimizar vazios e defeitos interlaminares.
- Monitoramento em serviço: sensores de vibração ou de deformação para registrar ciclos de carga; inspeções periódicas programadas com ensaios de fadiga residual.
Resposta
As peças críticas em titânio e compósito precisam de um projeto livre de ressalto geométrico, tratamentos de superfície que induzam tensões compressivas para retardar a fadiga e controle estrito de defeitos por inspeção não destrutiva. No compósito, é vital garantir a qualidade da matriz e prevenir delaminações. Com essas medidas de projeto, fabricação e manutenção baseadas em prevenção de fadiga, reduz-se drasticamente o risco de falhas catastróficas em ambientes de alta pressão.