Transcript 6. degradação dos materiais em uso

Materiais para Construção Mecânica
AULA 3
Aços
1.
2.
3.
4.
Classificação e seleção dos aços
Aços comuns
Aços-liga
Aços inoxidáveis
Diagrama Fe-C
Materiais para Construção Mecânica
DIAGRAMA DE FASES DO SISTEMA Fe C
Ferros
Família dos aços
Família dos ferros fundidos
Soluções sólidas:
Ferro 
Austenita 
Ferrita 
Composto estequiométrico:
Cementita Fe3C
Reações:
peritética
eutética
eutetóide
Diagrama Fe-C
Materiais para Construção Mecânica
DIAGRAMA DE FASES DO SISTEMA Fe C
Fe
aços
fofos
Diagrama Fe-C
Materiais para Construção Mecânica
DIAGRAMA DE FASES DO SISTEMA Fe C
OBSERVAÇÕES
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
Produtos siderúrgicos comuns: aços e ferros fundidos
Aços
Ligas ferro-carbono com teor de carbono até 2,11% em peso
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
Diagrama Fe-C
Materiais para Construção Mecânica
DIAGRAMA DE FASES DO SISTEMA Fe C
OBSERVAÇÕES
Produtos siderúrgicos comuns: aços e ferros fundidos
Ferro fundido
Produtos obtidos por fusão com mais de 2,11%
em peso de carbono
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
Diagrama Fe-C
Materiais para Construção Mecânica
DIAGRAMA DE FASES DO SISTEMA Fe C
Eixo esquerdo do diagrama:
Ferro puro
Transformações de fases: antes da temperatura de fusão,
o ferro muda duas vezes de estrutura cristalina
Transformação
polimórfica do ferro
1540°C
1400°C
Ferrita ou ferro-: estável na temp. ambiente
estrutura CCC
Fe - líquido
Fe - CCC
Austenita ou ferro-: estável entre 910°C e 1400°C
estrutura CFC
Fe - CFC
Ferro-: estável entre 1400°C e 1540°C
910°C
estrutura CCC
Fe - CCC
Eixo direito do diagrama:
Cementita ou
Carbeto de Ferro
Composto intermetálico estequiométrico
Com 6,67% em peso de Carbono – Fe3C
Diagrama Fe-C
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DIAGRAMA DE FASES DO SISTEMA Fe C
Carbono
impureza intersticial
forma solução sólida com o ferro



Soluções sólidas
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
Diagrama Fe-C
Materiais para Construção Mecânica
DIAGRAMA DE FASES DO SISTEMA Fe C
Características das Soluções sólidas
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/mm2
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 - : 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
Diagrama Fe-C
Materiais para Construção Mecânica
DIAGRAMA DE FASES DO SISTEMA Fe C
Reação eutetóide:  0,77%C  0,02%C + Fe3C 6,67%C
a 727°C
6,67
Diagrama Fe-C
Materiais para Construção Mecânica
DIAGRAMA DE FASES DO SISTEMA Fe C
Reação eutetóide:  0,77%C   0,02%C + Fe3C 6,67%C
PERLITA
Grão e estrutura da perlita (a) redistribuição do carbono no aço, (b) micrografia da perlita
lamelar.
PERLITA: microestrutura bifásica resultantes da transformação da austenita com
composição eutetóide. Consiste de camadas alternadas de ferrita e cementita
relativamente finas
Diagrama Fe-C
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DIAGRAMA DE FASES DO SISTEMA Fe C
Aspecto micrográfico de um ferro comercialmente puro. Ataque:
reativo de água régia. 200X
Diagrama Fe-C
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DIAGRAMA DE FASES DO SISTEMA Fe C
Aspecto micrográfico de um aço hipoeutetóide com
aproximadamente 0,3% de carbono. Ataque: reativo de nital. 200X
Diagrama Fe-C
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DIAGRAMA DE FASES DO SISTEMA 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.
Classificação dos aços
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
Materiais para Construção Mecânica
Classificação dos aços
Materiais para Construção Mecânica
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%
Classificação dos aços
Materiais para Construção Mecânica
Classificação quanto à composição química:
Aços ao Carbono
- Quanto ao teor de Carbono:
- até 0,15% C – extra doce
baixo carbono
- 0,15% a 0,30% C – doce
- 0,15% a 0,30% C – meio doce
- 0,15% a 0,30% C – meio duro
médio carbono
- 0,70% a 0,80% C – duro
- acima de 0,80% C – extra duro
alto carbono
Classificação dos aços
Materiais para Construção Mecânica
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%
Classificação dos aços
Materiais para Construção Mecânica
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
Classificação dos aços
Materiais para Construção Mecânica
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
Classificação dos aços
Materiais para Construção Mecânica
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
Classificação dos aços
Materiais para Construção Mecânica
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 H2O
- aços resistentes ao choque
- aços para trabalho à frio e à quente
Classificação dos aços
Materiais para Construção Mecânica
Classificação quanto à aplicação:
- aços inoxidáveis e resistentes ao calor
martensíticos
aços inoxidáveis
ferríticos
austeníticos
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
Classificação dos aços
Materiais para Construção Mecânica
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
Classificação dos aços
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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
Classificação dos aços
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Classificação quanto a marca registrada:
são classificados com a identificação do fabricante e com
codificação peculir a cada fabricante em particular
Classificação dos aços
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Classificação quanto a Normas Técnicas:
ABNT – norma brasileira
SAE - AISI – normas americanas
DIN - norma alemã
Classificação dos aços
Materiais para Construção Mecânica
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
Classificação dos aços
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Classificação quanto a Normas Técnicas:
SAE – Society of Automotive Engineers
AISI – American Iron and Steel Institute
Designações
coincidem
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
Classificação dos aços
Materiais para Construção Mecânica
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
Classificação dos aços
Materiais para Construção Mecânica
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
Classificação dos aços
Materiais para Construção Mecânica
Classificação quanto a Normas Técnicas:
SAE-AISI
Classificação dos aços
Materiais para Construção Mecânica
Classificação quanto a Normas Técnicas:
Classificação dos aços
Materiais para Construção Mecânica
Classificação quanto a Normas Técnicas:
DIN
Critérios diferenciados:
DIN 17100 – “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/mm2
St 60 – limite de resistência à tração entre 60 e 72 kgf/mm2
DIN 17200 – classificação de acordo com a composição química
C35 – aço-carbono com 0,35% C
Elementos de liga
Materiais para Construção Mecânica
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)3C
Elementos de liga
Materiais para Construção Mecânica
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
Elementos de liga
Materiais para Construção Mecânica
Distribuição dos elementos de liga em aços ligados
Elementos de liga
Materiais para Construção Mecânica
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
Elementos de liga
Materiais para Construção Mecânica
Efeito dos elementos de liga na temperatura
eutetóide dos aços
Efeito de 6% de manganês na
porção eutetóide de um
diagrama de fases Fe - Fe3C
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
Materiais para Construção Mecânica
Aços Inoxidáveis
Aços inoxidáveis
Materiais para Construção Mecânica
Aços Inoxidáveis
Velocidade de corrosão típicas em diversos aços em águas tropicais
Aços inoxidáveis
Guia de
prevenção de
corrosão de
aços-carbono
em alguns
ambientes
Materiais para Construção Mecânica
Aços inoxidáveis
Materiais para Construção Mecânica
Aços Inoxidáveis
Passividade dos aços-cromo expostos durante 10 anos a uma atmosfera industrial
Aços inoxidáveis
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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.
Aços inoxidáveis
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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
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
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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%
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 HNO3 são atacados pelo HCl e HF
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 HNO3 – 20% à quente
- tratamenro térmico correto
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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
Provoca a desintegração total
da peça após exposição em
solução corrosiva
Proteção:
- Reaquecimento a 950-1150ºC 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
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Aços Inoxidáveis
Outros fatores
- Condição da superfície
- fissuras
- fenômeno de natureza galvânica
- corrosão sob tensão
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
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
Aços inoxidáveis
Materiais para Construção Mecânica
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
Aços inoxidáveis
Materiais para Construção Mecânica
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
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
Aços inoxidáveis
Materiais para Construção Mecânica
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
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 - 1200ºC – resfriamento rápido à temp. amb.
Aços inoxidáveis
Materiais para Construção Mecânica
Aços Inoxidáveis
Aços inoxidáveis austeníticos
Aços inoxidáveis
Materiais para Construção Mecânica
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
Aços inoxidáveis
Materiais para Construção Mecânica
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.
Aços inoxidáveis
Materiais para Construção Mecânica
Aços Inoxidáveis
Seleção de ligas inoxidáveis de alta tecnologia
Engenharia de Materiais
Degradação dos Materiais em
Uso
Caio Marques – abril de 2010
6. DEGRADAÇÃO DOS MATERIAIS EM USO
6-1 Introdução
6-2 Corrosão e Oxidação
6-3 Desgaste
6. DEGRADAÇÃO DOS MATERIAIS EM USO
6.1 INTRODUÇÃO
 Categorias dos materiais
metal, 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
6.1 INTRODUÇÃO
 Ação do meio sobre o material:
CORROSÃO – ATAQUE ELETROQUÍMICO
OXIDAÇÃO – ATAQUE QUÍMICO
DESGASTE – ATAQUE FÍSICO
Isto ocorre porque nenhum
material é totalmente inerte a
qualquer ambiente.
Conseqüência: degradação
do material
6. DEGRADAÇÃO DOS MATERIAIS EM USO
6.2 CORROSÃO E OXIDAÇÃO
6.2.1 Oxidação - Ataque químico da atmosfera
 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 Al2O3 2054°C
6. DEGRADAÇÃO DOS MATERIAIS EM USO
6.2 CORROSÃO E OXIDAÇÃO
6.2.1 Oxidação - Ataque Direto da Atmosfera
 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
6.2 CORROSÃO E OXIDAÇÃO
6.2.1 Oxidação - Ataque Direto da Atmosfera
TAXA DE OXIDAÇÃO
A. Filme não protetor: filme de óxido poroso através do qual o O2 pode passar
continuamente e reagir na interface metal-óxido: crescimento do filme à taxa constate
dy = C1
dt
y = C1t + C2
onde:
C2 = y para t = 0
CRESCIMENTO LINEAR DA TAXA
6. DEGRADAÇÃO DOS MATERIAIS EM USO
6.2 CORROSÃO E OXIDAÇÃO
6.2.1 Oxidação - Ataque Direto da Atmosfera
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
dy = C3 1
dt
y
y2 = C4t + C5
onde:
C5 = y2 para t = 0
TAXA DE CRESCIMENTO PARABÓLICA,
COM CAMADA DENSA E UNIFORME
Depende da
difusão
6. DEGRADAÇÃO DOS MATERIAIS EM USO
6.2 CORROSÃO E OXIDAÇÃO
6.2.1 Oxidação - Ataque Direto da Atmosfera
Comparação entre o crescimento linear e o parabólico
NÃO PROTETOR
PODE SER PROTETOR
6. DEGRADAÇÃO DOS MATERIAIS EM USO
6.2 CORROSÃO E OXIDAÇÃO
6.2.1 Oxidação - Ataque Direto da Atmosfera
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
onde:
M = massa do óxido
D = densidade do óxido
R= M.d
m = massa do metal
a.m.D
d = densidade do metal
a = n° de átomos do metal
6. DEGRADAÇÃO DOS MATERIAIS EM USO
6.2 CORROSÃO E OXIDAÇÃO
6.2.1 Oxidação - Ataque Direto da Atmosfera
LEI DE PILLING-BEDWORTH
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
6. DEGRADAÇÃO DOS MATERIAIS EM USO
6.2 CORROSÃO E OXIDAÇÃO
6.2.1 Oxidação - Ataque Direto da Atmosfera
LEI DE PILLING-BEDWORTH
Óxidos protetores
Óxidos não-protetores
Be - 1,59
Cu - 1,68
Al - 1,28
Si - 2,27
Cr - 1,99
Mn - 1,79
Fe - 1,77
Co - 1,99
Ni - 1,52
Pd - 1,60
Pb - 1,40
Ce - 1,16
Li 0,57
Na - 0,57
K - 0,45
Ag - 1,59
Cd - 1,21
Ti - 1,95
Mo - 3,40
Hf - 2,61
Sb - 2,35
W - 3,40
Ta - 2,33
U - 3,05
Razão de Pilling-Bedworth para
vários metais
6. DEGRADAÇÃO DOS MATERIAIS EM USO
6.2 CORROSÃO E OXIDAÇÃO
6.2.2 Corrosão aquosa - Ataque eletroquímico
Força motriz
concentração de íons na
solução
Reação anódica
Fe°  Fe2+ + 2eReação catódica
Fe2+ + 2e-  Fe°
6. DEGRADAÇÃO DOS MATERIAIS EM USO
6.2 CORROSÃO E OXIDAÇÃO
6.2.2 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.
6. DEGRADAÇÃO DOS MATERIAIS EM USO
6.2 CORROSÃO E OXIDAÇÃO
6.2.2 Corrosão aquosa - Ataque eletroquímico
6. DEGRADAÇÃO DOS MATERIAIS EM USO
6.2 CORROSÃO E OXIDAÇÃO
6.2.3 Corrosão galvânica de dois metais
Força motriz
diferente tendência que estes
metais têm de se ionizar
Mais ativo
menos nobre
mais anódico
Menos ativo
mais nobre
mais catódico
Quanto menor o potencial de
redução mais ativo é o metal, e
mais anódico
sujeito à corrosão
6. DEGRADAÇÃO DOS MATERIAIS EM USO
6.2 CORROSÃO E OXIDAÇÃO
6.2.3 Corrosão galvânica de dois metais
Menos ativo
mais nobre
mais catódico
Mais ativo
menos nobre
mais anódico
Equilíbrio
Metal - metal
Au - Au3+
Pt - Pt2+
Pd - Pd2+
Ag - Ag+
H2 - H+
Al - Al3+
Mg - Mg2+
Na - Na+
K - K+
Potencial de eletrodo
vs eletrodo de H a 25°C (V)
+1.498
+1.2
+0.987
+0.799
0.000
-1.662
-2.363
-2.174
-2.925
6. DEGRADAÇÃO DOS MATERIAIS EM USO
6.2 CORROSÃO E OXIDAÇÃO
6.2.3 Corrosão galvânica de dois metais
Pode ocorrer em meio aquoso diferenciado, por exemplo água do
mar, e além disso, entre ligas metálicas diferentes.
Série galvânica da água do mar
Platina
Nobre ou
catódico
Grafite
Prata
Inconel(passivo) (80 Ni, 13 Cr, 7 Fe)
Níquel (passivo)
Ativo ou
Estanho
anódico
Chumbo
Solda chumbo estanho
Ligas de magnésio
6. DEGRADAÇÃO DOS MATERIAIS EM USO
6.2 CORROSÃO E OXIDAÇÃO
6.2.3 Corrosão galvânica de dois metais
Parafuso de aço em uma
placa de latão criando uma
célula galvânica
6. DEGRADAÇÃO DOS MATERIAIS EM USO
6.2 CORROSÃO E OXIDAÇÃO
6.2.4 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
O2 + 2H2O +4e-  4 OH-
6. DEGRADAÇÃO DOS MATERIAIS EM USO
6.2 CORROSÃO E OXIDAÇÃO
6.2.4 Corrosão por redução gasosa
Vários exemplos práticos de corrosão devido a concentração de
oxigênio na célula
6. DEGRADAÇÃO DOS MATERIAIS EM USO
6.2 CORROSÃO E OXIDAÇÃO
6.2.5 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
6. DEGRADAÇÃO DOS MATERIAIS EM USO
6.2 CORROSÃO E OXIDAÇÃO
6.2.5 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
6. DEGRADAÇÃO DOS MATERIAIS EM USO
6.2 CORROSÃO E OXIDAÇÃO
6.2.6 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
6. DEGRADAÇÃO DOS MATERIAIS EM USO
6.2 CORROSÃO E OXIDAÇÃO
6.2.6 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.
6. DEGRADAÇÃO DOS MATERIAIS EM USO
6.2 CORROSÃO E OXIDAÇÃO
6.2.6 Prevenção contra à corrosão
ÂNODO DE SACRIFÍCIO
metal
Exemplo: em navios, onde placas de Zn ou Mg oxidam e protegem o
6. DEGRADAÇÃO DOS MATERIAIS EM USO
6.2 CORROSÃO E OXIDAÇÃO
6.2.6 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 prédeterminada 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.
6. DEGRADAÇÃO DOS MATERIAIS EM USO
6.2 CORROSÃO E OXIDAÇÃO
6.2.7 Degradação química de Cerâmicos e Polímeros
CERÂMICOS
- não tem e- livres  difícil par galvânico
- são mais estáveis no meio
- susceptível à corrosão devido a H2O na fadiga estática
- corrosão à quente em cerâmicos  termocorrosão (materiais refratários)
6. DEGRADAÇÃO DOS MATERIAIS EM USO
6.2 CORROSÃO E OXIDAÇÃO
6.2.7 Degradação química de Cerâmicos e Polímeros
POLÍMEROS
Degradam em presença de O2 e com ultravioleta
enfraquecimento e quebra das grandes cadeias (moléculas)
Exemplo: borracha não vulcanizada (corrosão por solventes
orgânicos)
6. DEGRADAÇÃO DOS MATERIAIS EM USO
6.4 DESGASTE
Segundo os fenômenos de desgaste do material,
pode-se classificá-lo como:
ABRASIVO
ADESIVO
EROSÃO
CAVITAÇÃO
Desgaste não depende somente da partícula que
está desgastando mas também da superfície
desgastada e do meio:
SISTEMA TRIBOLÓGICO
6. DEGRADAÇÃO DOS MATERIAIS EM USO
6.4 DESGASTE
ABRASIVO
Superfície dura sobre uma mais mole, ocorrendo a perda de
material desta segunda superfície.
Ex.: Usinagem
6. DEGRADAÇÃO DOS MATERIAIS EM USO
6.4 DESGASTE
ADESIVO
Duas superfícies de contato deslizando uma sobre a outra,
resultando no arrancamento de partículas
V=kPx
3H
V = volume de material desgastado
k = coeficiente de atrito entre superfícies
x = distância de deslocamento relativo
P = carga
H = dureza da superfície atacada
Deslizamento de um
disco de cobre contra
um pino de aço 1020
produzindo partículas
desgastadas irregulares
6. DEGRADAÇÃO DOS MATERIAIS EM USO
6.4 DESGASTE
EROSÃO
Jato de partículas sobre uma superfície
Ex.: jato de areia
Depende de inúmeras variáveis:
ângulo de ataque
velocidade das partículas
dureza
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.
6. DEGRADAÇÃO DOS MATERIAIS EM USO
6.4 DESGASTE
CAVITAÇÃO
Colapso de bolhas causa desgaste e a superfície fica com aspecto
polida, porém côncava.
Ex.: desgaste interno de dutos