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AULA 3 Aços 1.Classificação e seleção dos aços 2.Aços comuns 3.Aços-liga 4.Aços inoxidáveis Materiais para Construção Mecânica.

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1 AULA 3 Aços 1.Classificação e seleção dos aços 2.Aços comuns 3.Aços-liga 4.Aços inoxidáveis Materiais para Construção Mecânica

2 DIAGRAMA DE FASES DO SISTEMA Fe C Ferros Família dos aços Família dos ferros fundidos Soluções sólidas: Ferro  Austenita  Ferrita  Composto estequiométrico: Cementita Fe 3 C Reações: peritética eutética eutetóide Diagrama Fe-C

3 Materiais para Construção Mecânica DIAGRAMA DE FASES DO SISTEMA Fe C fofosaços Fe Diagrama Fe-C

4 DIAGRAMA DE FASES DO SISTEMA Fe C Aços Ligas ferro-carbono com teor de carbono até 2,11% em peso OBSERVAÇÕES Produtos siderúrgicos comuns: aços e ferros fundidos Aço comum ao carbono: carbono é o principal elemento de liga. Contém apenas impurezas em concentrações residuais e um pouco de manganês Aço-liga: mais elementos liga são adicionados intencionalmente em concentrações específicas As propriedades variam com o teor de carbono. A medida que aumenta: Aumenta a resistência à tração até 1% de Carbono, decrescendo para teores mais elevados A dureza aumenta continuamente Diminui a ductilidade Ferro Existe na natureza na forma de óxidos, nos minérios de ferro É extraído por meio de aquecimento em presença de coque ou carvão de madeira, em fornos adequados nos quais o ferro é reduzido e ligado ao carbono Materiais para Construção Mecânica Diagrama Fe-C

5 DIAGRAMA DE FASES DO SISTEMA Fe C Ferro fundido Produtos obtidos por fusão com mais de 2,11% em peso de carbono OBSERVAÇÕES Produtos siderúrgicos comuns: aços e ferros fundidos A medida que se aumenta o teor de carbono, menores são as temperaturas necessárias para a fusão do material, até 4,3% de carbono Como os FoFos fundem cerca de 300°C abaixo dos aços seu custo de produção é menor Em geral, os ferros fundidos são frágeis, que só resistem bem à compressão Materiais para Construção Mecânica Diagrama Fe-C

6 DIAGRAMA DE FASES DO SISTEMA Fe C Ferro puroTransformações de fases: antes da temperatura de fusão, o ferro muda duas vezes de estrutura cristalina Fe - CCC Fe - CFC Fe - líquido 910°C 1400°C 1540°C Eixo esquerdo do diagrama: Ferrita ou ferro-  : estável na temp. ambiente estrutura CCC Austenita ou ferro-  : estável entre 910°C e 1400°C estrutura CFC Ferro-  : estável entre 1400°C e 1540°C estrutura CCC Transformação polimórfica do ferro Cementita ou Carbeto de Ferro Composto intermetálico estequiométrico Com 6,67% em peso de Carbono – Fe 3 C Eixo direito do diagrama: Materiais para Construção Mecânica Diagrama Fe-C

7 DIAGRAMA DE FASES DO SISTEMA Fe C Carbono impureza intersticial forma solução sólida com o ferro  Ferro -  : solução sólida de C no Fe CCC Ferro -  (austenita): solução sólida de C no Fe CFC Ferro -  (ferrita): solução sólida de C no Fe CCC Soluções sólidas Materiais para Construção Mecânica Diagrama Fe-C

8 DIAGRAMA DE FASES DO SISTEMA Fe C Ferro -  : solução sólida de C no Fe CCC É virtualmente a mesma ferrita- , apenas ocorrendo em uma faixa mais elevada de temperatura – não tem importância tecnológica Ferro -  (austenita): solução sólida de C no Fe CFC Máxima solubilidade – em 1147°C – 2,14% em peso de C Na faixa em que é estável, a austenita é mole e dúctil Ferro -  (ferrita): solução sólida de C no Fe CCC Máxima solubilidade – em 727°C – 0,022% em peso de C Material mole e dúctil Na pureza em que é encontrada, seu limite de resistência é inferior a 32Kgf/mm 2 Características das Soluções sólidas Materiais para Construção Mecânica Diagrama Fe-C

9 DIAGRAMA DE FASES DO SISTEMA Fe C 6,67 Reação eutetóide:  0,77%C  0,02%C + Fe 3 C 6,67%C a 727°C Materiais para Construção Mecânica Diagrama Fe-C

10 DIAGRAMA DE FASES DO SISTEMA Fe C Grão e estrutura da perlita (a) redistribuição do carbono no aço, (b) micrografia da perlita lamelar. Reação eutetóide:  0,77%C   0,02%C + Fe 3 C 6,67%C PERLITA PERLITA: microestrutura bifásica resultantes da transformação da austenita com composição eutetóide. Consiste de camadas alternadas de ferrita e cementita relativamente finas Materiais para Construção Mecânica Diagrama Fe-C

11 DIAGRAMA DE FASES DO SISTEMA Fe C Materiais para Construção Mecânica Diagrama Fe-C Aspecto micrográfico de um ferro comercialmente puro. Ataque: reativo de água régia. 200X

12 DIAGRAMA DE FASES DO SISTEMA Fe C Materiais para Construção Mecânica Diagrama Fe-C Aspecto micrográfico de um aço hipoeutetóide com aproximadamente 0,3% de carbono. Ataque: reativo de nital. 200X

13 DIAGRAMA DE FASES DO SISTEMA Fe C Materiais para Construção Mecânica Diagrama Fe-C Aspecto micrográfico de um aço hipereutetóide resfriado lentamente. Ataque: reativo de picral. 200X A cementita está disposta em torno dos grãos de perlita, formando uma rede.

14 Materiais para Construção Mecânica Classificação dos aços Critérios: a)Quanto à composição química b)Quanto à aplicação c)Quanto à microestrutura d)Quanto ao processo de fabricação e)Quanto as marcas registradas f)Quanto as normas técnicas

15 Materiais para Construção Mecânica Classificação dos aços Classificação quanto à composição química: - aços comuns (ao carbono) - aços especiais (ligas) Aços ao Carbono – propriedades – %C - não contem quantidade apreciável de elemento de liga - apresentam teores de impurezas – normais: P – 0,04% (max)S – 0,05% (max) Si – 0,10% e 0,35%Mn – 0,25% e 0,90%

16 Materiais para Construção Mecânica Classificação dos aços Classificação quanto à composição química: Aços ao Carbono - Quanto ao teor de Carbono: - até 0,15% C – extra doce - 0,15% a 0,30% C – doce - 0,15% a 0,30% C – meio doce - 0,15% a 0,30% C – meio duro - 0,70% a 0,80% C – duro - acima de 0,80% C – extra duro baixo carbono médio carbono alto carbono

17 Materiais para Construção Mecânica Classificação dos aços Classificação quanto à composição química: Aços especiais (ligas) – contem um ou mais elementos de liga (além de Fe e C) - quantidades de elementos de liga – modificam ou melhoram substancialmente uma ou mais propriedades (físicas, mecânicas ou químicas) - Quanto ao teor de elementos de liga: - aços baixa liga – somatório dos elementos de liga (teores) é inferior a 5% - aços alta liga - somatório dos elementos de liga (teores) é superior a 5%

18 Materiais para Construção Mecânica Classificação dos aços Classificação quanto à composição química: Aços especiais (ligas) Objetivos dos elementos de liga: - aços baixa liga 1)Aumentar a dureza e a resistência mecânica 2)Conferir resistência uniforme em toda a seção da peça de grandes dimensões 3)Diminuir o peso (consequencia do aumento de resistência) - aplicações típicas: aços de construção - elementos de liga: Ni, Cr, V, Mo, Si e Mn

19 Materiais para Construção Mecânica Classificação dos aços Classificação quanto à composição química: Aços especiais (ligas) – Objetivos dos elementos de liga: - aços alta liga 1)Conferir resistência à corrosão 2)Aumentar a resistência ao desgaste 3)Aumentar a resistência ao calor 4)Melhorar propriedades elétricas e magnéticas - aplicações típicas: ferramentas, matrizes, presença de corrosão e calor

20 Materiais para Construção Mecânica Classificação dos aços Classificação quanto à composição química: - aços alta liga Compreendem: - aços rápidos e similares (ex. aços para matrizes) -requisito – dureza e manutenção desta em elevadas temperaturas - W – 0,10% a 25%; Cr, Co e C alto - aços resistentes à corrosão e ao calor - requisito – resistir à formação da camada de óxido em temp. amb ou elevada - Cr – 10 a 35%; Ni

21 Materiais para Construção Mecânica Classificação dos aços Classificação quanto à aplicação: - aços de construção - componentes industriais - laminados à quente ou forjados (s/TT) – estruturas metálicas e peças em geral - c/TT em aços C – aços de elevada RM, aços para cementação e nitretação, aços para molas - aços para ferramentas e matrizes - compreendem: - aços ao C temperáveis em H 2 O - aços resistentes ao choque - aços para trabalho à frio e à quente

22 Materiais para Construção Mecânica Classificação dos aços Classificação quanto à aplicação: - aços inoxidáveis e resistentes ao calor aços inoxidáveis aços refratários – resistência à fluência a quente - aços com características especiais - aços para imãs permanentes - aços para núcleos de transformadores - aços com coeficiente de dilatação definido martensíticos ferríticos austeníticos

23 Materiais para Construção Mecânica Classificação dos aços Classificação quanto à microestrutura: - ferríticos: não endurecíveis - perlíticos: baixa liga; podem ter ferrita ou cementita - austeníticos: 20% a 30% elementos de liga (Cr, Ni ou Mn), alta estabilidade da austenita - martensíticos: elementos de liga deslocam a curva TTT para a direita - cementíticos: alto teor de C, resultando alto teor de carbonetos

24 Materiais para Construção Mecânica Classificação dos aços Classificação quanto ao processo de fabricação: - Aços Bessemer - aços LD - aços elétricos - etc Aços alta liga e alta qualidade – obtidos em fornos elétricos Aços de conversores – qualidade inferior

25 Materiais para Construção Mecânica Classificação dos aços Classificação quanto a marca registrada: são classificados com a identificação do fabricante e com codificação peculir a cada fabricante em particular

26 Materiais para Construção Mecânica Classificação dos aços Classificação quanto a Normas Técnicas: ABNT – norma brasileira SAE - AISI – normas americanas DIN - norma alemã

27 Materiais para Construção Mecânica Classificação dos aços Classificação quanto a Normas Técnicas: ABNT – norma brasileira - NBR 6006 – classifica as aços-carbono e aços de baixo teor de liga – critérios adotados pela AISI e SAE Aços-carbono: %Si e %Mn não ultrapassam 0,6%Si e 1,65%Mn Também são considerados os teores: Max 0,1% Al, mín 0,0005%B, max 0,3%Cu ou mx 0,35%Pb Se adicionados elementos como Se, Te, Bi (melhoram usinabilidade) e Nb ainda são aços-carbono. Aços-liga: possuem outros elementos de liga

28 Materiais para Construção Mecânica Classificação dos aços Classificação quanto a Normas Técnicas: SAE – Society of Automotive Engineers AISI – American Iron and Steel Institute UNS – Unifield Numbering System Letras XX ou XXX – cifras indicadoras dos teores de carbono Ex.: classe 1023 – AISI-SAE – aço carbono com 0,23% C G10230 – UNS – mesmo teor de carbono Designações coincidem

29 Materiais para Construção Mecânica Classificação dos aços Classificação quanto a Normas Técnicas: dois primeiros algarismos: diferenciam os vários tipos de aços entre si, pela presença ou somente de Carbono como principal elemento de liga (além das impurezas) ou de outro elemento de liga, como Ni e Cr, além do C. 10 – aço ao carbono 11 – aços de fácil usinagem com alto enxofre 40 – aços ao molibdênio, com 0,25% de Mo em média

30 Materiais para Construção Mecânica Classificação dos aços Classificação quanto a Normas Técnicas: dois primeiros algarismos: diferenciam os vários tipos de aços entre si, pela presença ou somente de Carbono como principal elemento de liga (além das impurezas) ou de outro elemento de liga, como Ni e Cr, além do C. 10 – aço ao carbono 11 – aços de fácil usinagem com alto enxofre 40 – aços ao molibdênio, com 0,25% de Mo em média

31 Materiais para Construção Mecânica Classificação dos aços Classificação quanto a Normas Técnicas: SAE-AISI

32 Materiais para Construção Mecânica Classificação dos aços Classificação quanto a Normas Técnicas:

33 Materiais para Construção Mecânica Classificação dos aços Classificação quanto a Normas Técnicas: DIN Critérios diferenciados: DIN – “aços para construção em geral” – Ex.: em função do limite de resistência à tração: St 42 – aço com limite de resist. à tração entre 42 e 50 kgf/mm 2 St 60 – limite de resistência à tração entre 60 e 72 kgf/mm 2 DIN – classificação de acordo com a composição química C35 – aço-carbono com 0,35% C

34 Materiais para Construção Mecânica Elementos de liga Distribuição dos elementos de liga em aços ligados modo de distribuição: tendência de cada elemento em formar compostos e carbonetos Ni – dissolve-se na ferrita do aço – tem menor tendência em formar carbonetos do que o ferro Si – combina-se em pequena quantidade com o oxigênio presente no aço – forma inclusões não metálicas de modo geral, dissolve-se na ferrita Mn – a maior parte dissolve-se na ferrita; alguma quantidade pode formar carbonetos e e entrar usualmente na cementita formando (Fe, Mn) 3 C

35 Materiais para Construção Mecânica Elementos de liga Distribuição dos elementos de liga em aços ligados Cr – tem maior tendência em formar carbonetos do que o ferro; distribui-se entre as fases ferrita e carbonetos depende da quantidade de carbono e ausência de elementos formadores de carbonetos como Ti e Nb W e Mo – combinam-se com o carbono, formando carbonetos se quantidade de carbono for suficiente e se não estiverem presentes elementos como Ti e Nb

36 Materiais para Construção Mecânica Elementos de liga Distribuição dos elementos de liga em aços ligados

37 Materiais para Construção Mecânica Elementos de liga Efeito dos elementos de liga na temperatura eutetóide dos aços Elementos de liga podem provocar aumento ou diminuição da temperatura eutetóide do diagrama Fe-C Mn e Ni – biaxam a temperatura – elementos estabilizadores da austenita W, Mo e Ti – aumentam a temperatura – reduzem o domínio austenítico

38 Materiais para Construção Mecânica Elementos de liga Efeito dos elementos de liga na temperatura eutetóide dos aços Efeito de 6% de manganês na porção eutetóide de um diagrama de fases Fe - Fe 3 C

39 Materiais para Construção Mecânica Aços Inoxidáveis Corrosão – ataque gradual e contínuo de um metal pelo meio circunvizinho que pode ser atmosfera mais ou menos contaminada das cidades atmosferas contaminadas de cloretos em regiões próximas ao mar meio químico qualquer, líquido ou gasoso É uma tendência à reversão a formas mais estáveis como se encontram na natureza (minérios) Praticamente todos os ambientes são corrosivos, em maior ou menor grau: - água - solo - gases - solos Efeitos da corrosão - má aparência - altos custos de operação e manutenção - colapso de peças ou instalações - perdas de produtos de explosão

40 Materiais para Construção Mecânica Aços Inoxidáveis

41 Materiais para Construção Mecânica Aços inoxidáveis Aços Inoxidáveis Velocidade de corrosão típicas em diversos aços em águas tropicais

42 Materiais para Construção Mecânica Aços inoxidáveis Guia de prevenção de corrosão de aços-carbono em alguns ambientes

43 Materiais para Construção Mecânica Aços inoxidáveis Aços Inoxidáveis Passividade dos aços-cromo expostos durante 10 anos a uma atmosfera industrial

44 Materiais para Construção Mecânica Aços inoxidáveis Aços Inoxidáveis Efeito do cromo na resistência dos aços à oxidação a altas temperaturas – Curva: penetração da oxidação em cubos de ½” aquecidos durante 48h a 1000ºC ao ar.

45 Materiais para Construção Mecânica Aços inoxidáveis Aços Inoxidáveis Efeito do teor de carbono sobre a corrosão de aço inoxidável 18-8 tratado termicamente de modo a produzir a máxima precipitação de carbonetos

46 Materiais para Construção Mecânica Aços Inoxidáveis Corrosão nas ligas ferrosas – maior importância Passividade – propriedade típica de certos metais e ligas em permanecerem inalterados no meio circunvizinho Admite-se que é resultado da formação de uma camada de óxido quando o metal é exposto ao meio agressivo Pode-se tornar um aço passivo com a adição de elementos, principalmente o Cr - camada de óxido de cromo de espessura inferior a 0,02  m confere res. à corrosão - aços tornados passivos pela adição Cr – aços inoxidáveis

47 Materiais para Construção Mecânica Aços Inoxidáveis PASSIVIDADE depende: 1.Composição química 2.Condições de oxidação 3.Susceptibilidade à corrosão localizada (pitting) 4.Susceptibiliade à corrosão intergranular Composição química: Cr – elemento mais importante 10% para atingir a passividade 20% a 30% - passividade completa Ni – melhora a resistência à corrosão em soluções neutras de cloretos ou ácidos pouco oxidantes - melhora propriedades mecânicas - teores mínimos: 6% a 7%

48 Materiais para Construção Mecânica Aços Inoxidáveis Composição química: Cu, Mo, Si – conferem resistência à temperaturas elevadas Ti, Nb – para evitar corrosão intergranular Condições de oxidação A velocidade de ataque depende da capacidade oxidante do meio - meios oxidantes – tornam a liga passiva - meios redutores – destroem a liga Aços inoxidáveis: suportam bem o HNO 3 são atacados pelo HCl e HF

49 Materiais para Construção Mecânica Aços Inoxidáveis Susceptibilidade à corrosão localizada (pitting): São sujeitos a corrosão em pontos que, uma vez iniciada, progride em profundidade, chegando a causar orifícios que podem perfurar o metal - causada pelo íon Cl - - aço inoxidável – atacado por HCl, cloretos (Fe, Cu, metais alcalinos, metais alcalinos terrosos) ou até atmosfera salina Proteção: - adição de Mo - bom acabamento superficial - passivação em HNO 3 – 20% à quente - tratamenro térmico correto

50 Materiais para Construção Mecânica Aços Inoxidáveis Susceptibilidade à corrosão intergranular: - aços inoxidáveis austeníticos – aquecidos entre 400ºC a 900ºC, (mesmo por segundos): podem apresentar precipitação de carbonetos de Cr nas regiões do contorno de grão - regiões adjacentes – empobrecidas em Cr – sensitizado - material sensitizado – sujeito à corrosão intergranular Proteção: - Reaquecimento a ºC c/ resfriamento rápido – redissolução dos carbonetos - Teor de C inferior a 0,03% (torna-se ineficaz na formação dos carbonetos) - Aços estabilizados com Ti ou Nb – maior afinidade com o C Provoca a desintegração total da peça após exposição em solução corrosiva

51 Materiais para Construção Mecânica Aços Inoxidáveis Outros fatores - Condição da superfície - fissuras - fenômeno de natureza galvânica - corrosão sob tensão

52 Materiais para Construção Mecânica Aços Inoxidáveis Classificação dos aços inoxidáveis – Microestrutura à temperatura ambiente i)Martensíticos – endurecíveis – Fe, C e Cr ii)Ferríticos – não endurecíveis – Fe, C e Cr iii)Austeníticos – não endurecíveis – Fe, C, Cr e Ni

53 Materiais para Construção Mecânica Aços Inoxidáveis MARTENSÍTICOS Cr – 11,5% a 18% Tornam-se martensíticos e endurecem por têmpera Características: -Ferromagnéticos -Trabalháveis à frio e a quente -Não sofrem corrosão intergranular -Resistência moderada à corrosão (aumenta o %C, deve-se aumentar %Cr) -Alta dureza e resistência à quente -Têmpera melhora a resistência à corrosão – evita precipitação por carbonetos

54 Materiais para Construção Mecânica Aços inoxidáveis Aços Inoxidáveis Aços inoxidáveis martensíticos Tipos de aços: 1)Tipo turbina: até 0,2%C boas prop. Mecânicas e resis. à corrosão relativamente elevada SAE ou AISI – 403, 410, 416, 431

55 Materiais para Construção Mecânica Aços inoxidáveis Aços Inoxidáveis Aços inoxidáveis martensíticos Tipos de aços: 2) Tipo cutelaria: 0,2% a 0,6%C dureza satisfatória e razoável ductilidade SAE ou AISI – 420, 420F 3) Tipo resistente ao desgaste: %C > 0,6% alta dureza e ductilidade reduzida SAE ou AISI – 440A, 440B, 440C Exemplos de Aplicações: - Lâminas de turbina e compressor- Eixos de bombas - Parafusos, buchas, válvulas, porcas- peças p/aviões e indústria laticínios - instrumentos cirúrgicos e dentários- mancais de esfera

56 Materiais para Construção Mecânica Aços Inoxidáveis FERRÍTICOS Cr – 11% a 27% %C < 0,35% - Estrutura inteiramente ferrítica para qualquer velocidade de resfriamento -Não ocorrem mudanças de fases – formação grãos grosseiros – refino grão deformação à quente (raramente possível) -Adição de Ti – diminui essa tendência -Melhor resistência à corrosão entre os aços-Cr Características: -Ferromagnéticos -Trabalháveis à frio e a quente -Resistência à corrosão sob tensão e atmosférica -Boa soldabilidade -Baixa dureza -Baixa resistência ao choque

57 Materiais para Construção Mecânica Aços inoxidáveis Aços Inoxidáveis Aços inoxidáveis ferríticos Tipos de aços: SAE ou AISI – 406, 409, 430, 442, 443, 446 Aplicações: - Tubos de radiadores- caldeiras- sistemas de exaustão de automóveis - equipamentos p/indústria química e cozinha- partes de fornos e queimadores

58 Materiais para Construção Mecânica Aços Inoxidáveis AUSTENÍTICOS Cr – 16% a 26%Ni – 6% a 22% Características: -Não magnéticos -Não endurecíveis (austeníticos) -Dureza – aumentada por encruamento (instabilidade austenita e tensões de encruamento -Reaquecimento do aço em temperaturas moderadas restaura a austenita -Susceptíveis corrosão intergranular (Ti e Nb – evitar a corrosão) -Resistência à corrosão superior -AUSTENITIZAÇÃO – aquec. ~1000º ºC – resfriamento rápido à temp. amb.

59 Materiais para Construção Mecânica Aços inoxidáveis Aços Inoxidáveis Aços inoxidáveis austeníticos

60 Materiais para Construção Mecânica Aços inoxidáveis Aços Inoxidáveis Aços inoxidáveis austeníticos (cont.) Tipos de aços: SAE ou AISI – 301, 302, 304, 321, 347, 316, 317, 309, 310 Aplicações: - ornamentação- utensílios domésticos- equip. p/indústria química - equip. p/indústria de alimentos- implantes cirúrgicos - eletrodos de solda- peças de forno e estufa

61 Materiais para Construção Mecânica Aços inoxidáveis Aços Inoxidáveis Aspecto micrográfico de aço inoxidável austenítico tipo 18-8, mostrnado zona superficial de corrosão intergranular. Sem ataque. 100x. Núcleo não corroído do mesmo aço. Verifica-se estrutura normal de aço inoxidável austenítico. Ataque: percloreto de ferro. 100X.

62 Materiais para Construção Mecânica Aços inoxidáveis Aços Inoxidáveis Seleção de ligas inoxidáveis de alta tecnologia

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64 Engenharia de Materiais Degradação dos Materiais em Uso Caio Marques – abril de 2010

65 6-1 Introdução 6-2 Corrosão e Oxidação 6-3 Desgaste 6. DEGRADAÇÃO DOS MATERIAIS EM USO

66 6.1 INTRODUÇÃO   Categorias dos materiaismetal, cerâmico e polímero aplicação devido ao tipo de propriedades definidas na estrutura   Uso degradação ou colapso dos materiais selecionar o melhor material para determinada aplicação, que suporte maiores esforços mecânicos e interação com o meio 6. DEGRADAÇÃO DOS MATERIAIS EM USO

67 6.1 INTRODUÇÃO   Ação do meio sobre o material: CORROSÃO – ATAQUE ELETROQUÍMICO OXIDAÇÃO – ATAQUE QUÍMICO DESGASTE – ATAQUE FÍSICO 6. DEGRADAÇÃO DOS MATERIAIS EM USO Isto ocorre porque nenhum material é totalmente inerte a qualquer ambiente. Conseqüência: degradação do material

68 6.2 CORROSÃO E OXIDAÇÃO   Oxidação reação química direta entre metal e oxigênio da atmosfera (também N, S, etc.): pode limitar a aplicação do material   Óxido sobre o metal:1. protege 2. facilita a oxidação contínua    Estabilidade: óxidos metálicos têm maior estabilidade (maior energia de ligação  ponto de fusão mais elevado) em relação ao metal puro Exemplo:PF do Al 660°C PF do Al 2 O °C 6. DEGRADAÇÃO DOS MATERIAIS EM USO Oxidação - Ataque químico da atmosfera

69 6.2 CORROSÃO E OXIDAÇÃO   Existem 4 mecanismos possíveis na oxidação de metais: A. Formação de um óxido poroso, não protetor; B. Filme não poroso: o cátion difunde-se pelo filme e reage com o oxigênio na interface óxido-meio; C. Filme não poroso: íons O -2 reage na interface metal-óxido; D. Filme não poroso onde cátions e ânions se difundem simultaneamente, quase a mesma taxa, e reagindo dentro da camada 6. DEGRADAÇÃO DOS MATERIAIS EM USO Oxidação - Ataque Direto da Atmosfera

70 6.2 CORROSÃO E OXIDAÇÃO TAXA DE OXIDAÇÃO A. Filme não protetor: filme de óxido poroso através do qual o O 2 pode passar continuamente e reagir na interface metal-óxido: crescimento do filme à taxa constate 6. DEGRADAÇÃO DOS MATERIAIS EM USO Oxidação - Ataque Direto da Atmosfera dy = C 1 dt y = C 1 t + C 2 onde: C 2 = y para t = 0 CRESCIMENTO LINEAR DA TAXA

71 6.2 CORROSÃO E OXIDAÇÃO B-C-D. Um filme não poroso através do qual os íons se difundem de forma a reagir com o oxigênio na face externa (óxido-meio) ou no interior ou na interface óxido-metal: razão de crescimento da camada diminui com o crescimento da espessura do filme óxido LEI DE FICK 6. DEGRADAÇÃO DOS MATERIAIS EM USO Oxidação - Ataque Direto da Atmosfera dy = C 3 1 dt y y 2 = C 4 t + C 5 onde: C 5 = y 2 para t = 0 TAXA DE CRESCIMENTO PARABÓLICA, COM CAMADA DENSA E UNIFORME Depende da difusão

72 6.2 CORROSÃO E OXIDAÇÃO Comparação entre o crescimento linear e o parabólico 6. DEGRADAÇÃO DOS MATERIAIS EM USO Oxidação - Ataque Direto da Atmosfera NÃO PROTETOR PODE SER PROTETOR

73 6.2 CORROSÃO E OXIDAÇÃO Como saber se um metal forma uma camada protetora de óxido? LEI DE PILLING-BEDWORTH descreve a tendência de um metal formar ou não uma camada protetora 6. DEGRADAÇÃO DOS MATERIAIS EM USO Oxidação - Ataque Direto da Atmosfera R = M. d a. m. D onde: M = massa do óxido D = densidade do óxido m = massa do metal d = densidade do metal a = n° de átomos do metal

74 6.2 CORROSÃO E OXIDAÇÃO LEI DE PILLING-BEDWORTH 6. DEGRADAÇÃO DOS MATERIAIS EM USO Oxidação - Ataque Direto da Atmosfera R = M. d a. m. D R < 1  o volume de óxido tende a ser insuficiente para cobrir o substrato metálico, tendendo a formar um substrato poroso e não protetor R > 2  espalhamento do óxido deixando a superfície porosa, formando uma camada não protetora 1 < R < 2  pode ser criada uma camada protetora

75 6.2 CORROSÃO E OXIDAÇÃO LEI DE PILLING-BEDWORTH 6. DEGRADAÇÃO DOS MATERIAIS EM USO Oxidação - Ataque Direto da Atmosfera Óxidos protetoresÓxidos não-protetores Be - 1,59Li 0,57 Cu - 1,68Na - 0,57 Al - 1,28K - 0,45 Si - 2,27Ag - 1,59 Cr - 1,99Cd - 1,21 Mn - 1,79Ti - 1,95 Fe - 1,77Mo - 3,40 Co - 1,99Hf - 2,61 Ni - 1,52Sb - 2,35 Pd - 1,60W - 3,40 Pb - 1,40Ta - 2,33 Ce - 1,16U - 3,05 Razão de Pilling-Bedworth para vários metais

76 6.2 CORROSÃO E OXIDAÇÃO 6. DEGRADAÇÃO DOS MATERIAIS EM USO Corrosão aquosa - Ataque eletroquímico Força motriz concentração de íons na solução Reação anódica Fe°  Fe e - Reação catódica Fe e -  Fe°

77 6.2 CORROSÃO E OXIDAÇÃO 6. DEGRADAÇÃO DOS MATERIAIS EM USO Corrosão aquosa - Ataque eletroquímico Rotação de um disco de latão (liga CuZn) em uma solução aquosa contendo íons de Cu +2, produzindo um gradiente na concentração iônica próxima a superfície.

78 6.2 CORROSÃO E OXIDAÇÃO 6. DEGRADAÇÃO DOS MATERIAIS EM USO Corrosão aquosa - Ataque eletroquímico

79 6.2 CORROSÃO E OXIDAÇÃO 6. DEGRADAÇÃO DOS MATERIAIS EM USO Corrosão galvânica de dois metais Força motriz diferente tendência que estes metais têm de se ionizar Quanto menor o potencial de redução mais ativo é o metal, e mais anódico sujeito à corrosão Menos ativo mais nobre mais catódico Mais ativo menos nobre mais anódico

80 6.2 CORROSÃO E OXIDAÇÃO 6. DEGRADAÇÃO DOS MATERIAIS EM USO Corrosão galvânica de dois metais EquilíbrioPotencial de eletrodo Metal - metalvs eletrodo de H a 25°C (V) Au - Au Pt - Pt Pd - Pd Ag - Ag H 2 - H Al - Al Mg - Mg Na - Na K - K Menos ativo mais nobre mais catódico Mais ativo menos nobre mais anódico

81 6.2 CORROSÃO E OXIDAÇÃO 6. DEGRADAÇÃO DOS MATERIAIS EM USO Corrosão galvânica de dois metais Pode ocorrer em meio aquoso diferenciado, por exemplo água do mar, e além disso, entre ligas metálicas diferentes. Nobre ou catódico Ativo ou anódico Série galvânica da água do mar Platina Grafite Prata Inconel(passivo) (80 Ni, 13 Cr, 7 Fe) Níquel (passivo) Estanho Chumbo Solda chumbo estanho Ligas de magnésio

82 6.2 CORROSÃO E OXIDAÇÃO 6. DEGRADAÇÃO DOS MATERIAIS EM USO Corrosão galvânica de dois metais Parafuso de aço em uma placa de latão criando uma célula galvânica

83 6.2 CORROSÃO E OXIDAÇÃO 6. DEGRADAÇÃO DOS MATERIAIS EM USO Corrosão por redução gasosa Duas moléculas de água são consumidas por 4 e- no circuito externo para reduzir a molécula de oxigênio para 4 íons OH. Fe do cátodo é fonte de elétrons Reação anódica O 2 + 2H 2 O +4e -  4 OH -

84 6.2 CORROSÃO E OXIDAÇÃO 6. DEGRADAÇÃO DOS MATERIAIS EM USO Corrosão por redução gasosa Vários exemplos práticos de corrosão devido a concentração de oxigênio na célula

85 6.2 CORROSÃO E OXIDAÇÃO 6. DEGRADAÇÃO DOS MATERIAIS EM USO Efeito da tensão mecânica sobre a corrosão Regiões de alta tensão são anódicas em relação a regiões de baixa tensão Logo, um estado de mais alta energia de um metal tensionado em relação ao de menor energia induz a uma barreira de ionização

86 6.2 CORROSÃO E OXIDAÇÃO 6. DEGRADAÇÃO DOS MATERIAIS EM USO Efeito da tensão mecânica sobre a corrosão Exemplo: prego dobrado, ou devido a própria fabricação de um prego, observa-se zonas tensionadas, sujeitas à corrosão Em uma microestrutura os contornos de grão são regiões de mais alta energia, logo são mais susceptíveis para acelerar o ataque à corrosão e desenvolvê-la

87 6.2 CORROSÃO E OXIDAÇÃO 6. DEGRADAÇÃO DOS MATERIAIS EM USO Prevenção contra à corrosão 1. Selecionar os materiais de acordo com sua aplicação p. ex.: para não formar um par galvânico 2. O projeto deve ser executado de forma que não ocorram regiões tensionadas, mais propícias à corrrosão 3. Utilizar revestimentos protetores, modificando a superfície do material. Os revestimentos podem ser: - metálicos: ex. cromagem, zincagem - cerâmicos: ex. esmaltação, aspersão térmica - polímeros: ex. pintura com base polimérica 4. Pode-se ainda utilizar como método de prevenção à corrosão: - ânodo de sacrifício - corrente imposta (impressa) - aço inox com cromo

88 6.2 CORROSÃO E OXIDAÇÃO 6. DEGRADAÇÃO DOS MATERIAIS EM USO Prevenção contra à corrosão 3. Exemplos de utilização de revestimentos protetores (a) aço galvanizado consiste de um revestimento de zinco sobre o substrato de aço (b) contraste: um revestimento mais nobre como placas de estanho é protegida pelo aço.

89 6.2 CORROSÃO E OXIDAÇÃO 6. DEGRADAÇÃO DOS MATERIAIS EM USO Prevenção contra à corrosão ÂNODO DE SACRIFÍCIO Exemplo: em navios, onde placas de Zn ou Mg oxidam e protegem o metal

90 6.2 CORROSÃO E OXIDAÇÃO 6. DEGRADAÇÃO DOS MATERIAIS EM USO Prevenção contra à corrosão CORRENTE IMPOSTA Para não haver migração de elétrons no sentido normal da reação Corrosão externa de fundos de tanques de armazenamento de óleo cru e derivados: aplicação da proteção catódica ao fundo externo apresenta certas limitações. Uma forma de viabilizar a proteção catódica externa de tanques sobre concreto armado é a utilização de fundo duplo que consiste na colocação de um novo fundo metálico a uma distância pré- determinada do fundo original no qual são dispostos os anodos. proteção catódica por corrente impressa, sendo o fundo original isolado eletricamente do fundo novo e do costado, e o espaçamento entre os dois fundos preenchido com areia lavada.

91 CERÂMICOS - não tem e - livres  difícil par galvânico - são mais estáveis no meio - susceptível à corrosão devido a H 2 O na fadiga estática - corrosão à quente em cerâmicos  termocorrosão (materiais refratários) 6.2 CORROSÃO E OXIDAÇÃO 6. DEGRADAÇÃO DOS MATERIAIS EM USO Degradação química de Cerâmicos e Polímeros

92 POLÍMEROS Degradam em presença de O 2 e com ultravioleta enfraquecimento e quebra das grandes cadeias (moléculas) Exemplo: borracha não vulcanizada (corrosão por solventes orgânicos) 6.2 CORROSÃO E OXIDAÇÃO 6. DEGRADAÇÃO DOS MATERIAIS EM USO Degradação química de Cerâmicos e Polímeros

93 Segundo os fenômenos de desgaste do material, pode-se classificá-lo como: ABRASIVO ADESIVO EROSÃO CAVITAÇÃO 6.4 DESGASTE 6. DEGRADAÇÃO DOS MATERIAIS EM USO Desgaste não depende somente da partícula que está desgastando mas também da superfície desgastada e do meio: SISTEMA TRIBOLÓGICO

94 ABRASIVO Superfície dura sobre uma mais mole, ocorrendo a perda de material desta segunda superfície. Ex.: Usinagem 6.4 DESGASTE 6. DEGRADAÇÃO DOS MATERIAIS EM USO

95 ADESIVO Duas superfícies de contato deslizando uma sobre a outra, resultando no arrancamento de partículas V = k P x 3 H V = volume de material desgastado k = coeficiente de atrito entre superfícies x = distância de deslocamento relativo P = carga H = dureza da superfície atacada 6.4 DESGASTE 6. DEGRADAÇÃO DOS MATERIAIS EM USO Deslizamento de um disco de cobre contra um pino de aço 1020 produzindo partículas desgastadas irregulares

96 EROSÃO Jato de partículas sobre uma superfície Ex.: jato de areia Depende de inúmeras variáveis: ângulo de ataque velocidade das partículas dureza 6.4 DESGASTE 6. DEGRADAÇÃO DOS MATERIAIS EM USO Variação da erosão com o ângulo de impacto para o alumínio e a alumina erodidos por partículas de carbeto de silício, demonstrando o comportamento característico de materiais dúcteis e frágeis.

97 CAVITAÇÃO Colapso de bolhas causa desgaste e a superfície fica com aspecto polida, porém côncava. Ex.: desgaste interno de dutos 6.4 DESGASTE 6. DEGRADAÇÃO DOS MATERIAIS EM USO


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