Corrosão associada a efeitos mecânicos geral.ppt

Corrosão associada a efeitos mecânicos geral.ppt

1. Corrosão associada a efeitos
mecânicos
Profa. Iduvirges Lourdes Müller
LAPEC– Laboratório de Pesquisa em Corrosão –
UFRGS

2. Corrosão associada a efeitos
mecânicos
CORROSÃO
Dissolução
Passivação
Traspassivação
Corrosão por pites
Corrosão em frestas
Corrosão
microbiológica
EFEITOS
MECÂNICOS:
Tração monotônica
Tensão cíclica
Erosão
Cavitação
Atrito

3. Corrosão associada a efeitos mecânicos
Efeito simultâneo e/ou sinérgico entre corrosão e esforços
mecânicos:
• Corrosão-sob-tensão
• Corrosão – fadiga
• Corrosão – erosão
• Corrosão – atrito
• Corrosão – cavitação....

4. Corrosão sob Tensão
É o fenômeno pelo qual um material metálico rompe em
um ambiente corrosivo com nível de tensão menor do
que a que o faz romper ao ar.
Corrosão na ausência de tensão – pouca
Tensão na ausência de corrosão – não rompe
Corrosão + tensão +
sinergismo:
Fratura catastrófica
Velocidade de propagação da trinca é menor que a da ruptura mecânica
(propagação sub-crítica):
10-
9
m/s < v < v
ar

5. Corrosão sob Tensão - definição
Tensão

Deformação, 

m
o
 
o

m
Corrosão
sob
tensão
Meio
inerte

6. Corrosão sob Tensão
AVALIAÇÃO DE
SUSCETIBILIDADE
Tensão máxima relativa, 
m/
mo
Alongamento relativo, e/e
o
Redução de área relativa, A/A
o
Tempo de ruptura relativa, t/t
o
Energia de ruptura relativa, E/E
O

7. Parâmetros Importantes
para Corrosão sob Tensão
MECÂNICOS
-TENSÃO
-natureza, intensidade
-VELOCIDADE DE DEFORMAÇÃO
-GEOMETRIA
AMBIENTAIS
-COMPOSIÇÃO do ELETRÓLITO
-POTENCIAL de ELETRODO
-VELOCIDADE de FLUXO

METALÚRGICOS
-MICROESTRUTURA (FASES)
-TAMANHO de GRÃO
-DEFEITOS CRISTALINOS
-vacâncias, discordâncias, intersticiais
-INCLUSÕES
-tamanho,forma,natureza

8. Tipos de ensaio de corrosão sob tensão
Estáticos
Deformação constante (em U, C...)
Carga constante (lisos, entalhados)
Dinâmicos
Velocidade de deformação constante (lenta)

9. Corpos de Prova Lisos
para Corrosão sob tensão
Corpo de prova
em U
Corpo de prova
em C
Apoio em 2 pontos
Apoio em 3 pontos
Corpo de prova de tração

10. Corpos de Prova Pré-Trincados
(Fractomecânicos)
“Compact tension” -
CT

“Double cantilever
beam” - DCB
c
Viga em balanço
(“Cantilever beam”)
Corpo de prova
com K
constante
K = f (c,a,b).c)
1/2

11. Comportamento qualitativo da velocidade
de avanço da fissura de corrosão sob
tensão de muitos aços em função dos
valores de Ki
log v, m/s

KI

12. Corrosão-sob-Tensão:
Casos Clássicos
Fragilização cáustica em aços-C
de caldeiras de vapor (1865)
Season cracking de cartuchos
de latão em NH
4
+
(1906)
Corrosão sob tensão de aços
inoxidáveis em Cl
-
(1937)
Corrosão sob tensão de ligas de
Al em Cl
-
(1938)
Aços de alta resistência em
água de mar (1960)
Ligas de Ti em metanol (1966)

13. Tempos de fratura em função do potencial aplicado: diferentes possibilidades

14. Espectro de Corrosão sob Tensão segundo
Parkins
CORROSÃO SOB TENSÃO
Ausên-
cia
de
tensão
Governada por corrosão Governada por tensão
Ausên-
cia
de
corro-
são
Corro-
são
intergra-
nular de
soldas
em aço
inox
Ligas de
Al-Cu
em
cloretos
Aço-
carbono
em
nitratos
a
quente
Latão
em
meio
amonia-
cal
Aços
inoxidá
-veis
em
cloretos
Ti em
metanol
com
cloretos
Aços
ARBL
em
água do
mar
Fratura
frágil
de aços
ao
carbono
Caminhos pré- Caminhos ge- Adsorção especí-
existentes rados por defor- fica em zonas
mação de tensão

15. Corrosão sob tensão de ligas de Al-Cu
Aparentemente associadas a corrosão por
pite
Acontece acima do potencial de pite
Para liga envelhecida acontece acima do
potencial de pite da zona empobrecida em
Cu do contorno de grão
A fratura é intergranular.

16. Corrosão-sob-tensão de latões em meio
amoniacal
Forma-se filme frágil
Rompe filme por
tensão
Reforma-se filme até
espessura crítica
Rompe-se de novo o
filme .
Processo segue
formando fissura
Filmes em latões

17. Corrosão sob tensão de latão em meio
amoniacal
Tempo de vida depende do pH
Fratura intergranular ou transgranular depende do
pH
Formação de filme escuro de Cu
2O com fratura i.g. e
tempos de vida curto, em pH ao redor de 7
Para pH mais ácidos ou mais alcalinos fratura t.g.
sem formação de película escura, com tempo de
vida mais longos
Outros meios para latões: acéticos, aminas, nitrito.

18. Variação do tempo à fratura para latão- em
solução amoniacal em função do pH (Máximo
100 h, Mínimo 2 h deformação constante)

Tempo à fratura

2 3 5 7 9 11

19. Corrosão sob tensão de
aços inoxidáveis
austeníticos em
cloretos

20. Corrosão sob tensão de aço austenítico em Mg Cl
2
saturado em ebulição ( diagrama esquemático)
290
Deformação, 
520 MPa
 

-110mV
-140 mV
-160 mV

21. Fratura dútil de Aço AISI 304 em MgCl
2

a -160 mV (igual a em óleo mineral)

22. Fratura dútil de aço AISI 304 em Mg Cl
2
135
o
C (-0,160 V enh)

23. Fratura frágil (quase-clivagem) de Aço AISI 304
em Mg Cl
2 saturado - 135
o
C (-0, 14 V enh)

24. Corrosão sob tensão de AISI 304 em MgCl2

25. Fratura frágil (intergranular) de aço AISI 304 em
Mg Cl
2 + Na NO
3 – 135ºC ( -0,15 V enh)

26. Trinca de corrosão sob tensão em aço AISI 304
em Na Cl 20% (corpo de prova CT)

27. Ensaios de BTD - Aço duplex em 18,5% NaCl, pH=4 saturado com
CO
2
: Potencial de corrosão, Potencial anódico e Potencial
catódico. Velocidade de deformação 10
-6
s
-1
0
200
400
600
800
1000
0 5 10 15 20 25
Specific deformation [%]
T
e
n
s
io
n
[M
P
a
]
In air 18,5% NaCl sol. Ecorr
18,5% NaCl sol. Eanod18,5% NaCl sol. Ecat
YP
σ
y

(MPa)
UTS
σ
re

(MPa)
Elonga
tion
ε (%)
Area
Red.
Ѕ (%)
Air 773 873 21, 67
E
cor
771864 18,57
E
cat
733816 8,5 3
E
anod
736867 20 70

28. Importância da Microestrutura de defeitos
na corrosão sob tensão
óxido
Escorregamento Múltiplo
óxido
metal nu
Escorregamento Grosseiro
Discordância
s em células
Aço 18Cr 13 Ni
0,004 N
Aço 18Cr 13 Ni
0,012 N
Discordância
s
co-planares

29. Corrosão sob tensão de
aços de alta resistência
em água do mar

30. Corrosão sob tensão de aço API P110 em
água do mar – influência da temperatura

31. Corrosão-sob-tensão de aço P 110 em água
de mar com H
2S – influência da temperatura

32. Aços de alta resistência em água de mar
Rompem por corrosão sob tensão tanto a
potenciais anódicos como em potenciais catódicos
As fraturas muito semelhantes mostram tratar-se
do mesmo fenômeno, provavelmente associado a
Fragilização por hidrogênio
No potencial acima do E
pite
o hidrogênio é gerado
dentro do pite.

33. Corrosão sob tensão de aço API 110

34. Ruptura dútil de aço API 110 em óleo

35. Corrosão-fadiga
É a associação sinérgica
entre fadiga e corrosão,
ocasionando ruptura de
materiais metálicos, em
número de ciclos menores
que para a fadiga pura

36. 4,5 5,0 5,5 6,0 6,5 7,0
450
500
550
600
650
700
4,8 5,0 5,2 5,4 5,6 5,8
450
500
550
600
650
700


[
M
P
a
]
log(N)
Ao ar


[
M
P
a
]
log(N)
E
corr
Curvas de Wöhler para um aço duplex ao E
corr em
NaCl pH=4, saturado com CO
2 (f- 0,3 Hz) e ao ar

37. Ensaios de fadiga ao ar de aços inoxidáveis 13 Cr
e Duplex . Não rompem até 500.000 ciclos
Testes de fadiga ao ar - Tensão 500MPa
500000 500000
500000
500000 500000
500000
0
100000
200000
300000
400000
500000
600000
1 2 média
Ensaios
n
º

d
e

c
i
c
l
o
s
Aço 13 Cr - (500 MPa; 20 MPa) Aço Duplex - (500 MPa; 20 MPa)

38. Resistência à corrosão-fadiga de aços inoxidáveis 13 Cr e
Duplex em solução de Na Cl 18% pH 4 (CO
2
)

92528
263790
225360
244575
79873 81810
65280
0
100000
200000
300000
400000
500000
600000
1 2 3 média
Ensaios
nº
de
cil
co
s
Aço 13 Cr - (500 MPa; 20 MPa) Aço Duplex - (500 MPa; 20 MPa)

39. Corrosão – fadiga de aço 13 Cr
início de fissuras em marcas de usinagem
Superfície Lateral
Fratura
Corrosão nas marcas

40. Fissura de corrosão-fadiga
de aço duplex em solução de Na Cl – pH 4

41. Fractografia de fissura de corrosão-fadiga de
aço duplex

42. Fratura de corrosão – fadiga em aço duplex:
grão austenítico (estrias dúteis)
grão ferrítico (clivagem)

43. Ensaios de tração de Inconel 625 em Na Cl pH=4, saturado
com CO
2
, comparados aos em ar; corpos de prova entalhados
e não entalhados. E
corr
0
200
400
600
800
1000
1200
0 5 10 15 20 25 30 35 40
Specific deformation [%]
T
e
n
s
i
o
n

[
M
P
a
]
In air 18,5% NaCl sol. 3,5% NaCl sol.
notch, in air notch, 18,5% NaCl sol. notch, 3,5% NaCl sol.

44. Corrosão-fadiga em aço API
Corrosão fadiga em diversas condições para o aço API 5L X65
0
100
200
300
400
500
600
700
800
1,00E+03 1,00E+04 1,00E+05 1,00E+06 1,00E+07 1,00E+08
N° de Ciclos
T
e
n
s
ã
o

(
M
P
a
)

45. Fratura de Inconel soldado: influência de
inclusões do processo de soldagem

46. Corrosão-fadiga em solda de Inconel 625
em Na Cl pH=4 (saturado em CO
2
)

47. Corrosão-atrito
Associação sinérgica entre corrosão e desgaste mecânico por atrito
entre um metal e um contra-corpo de qualquer material sólido.

Exemplos:
- Juntas e engates mal-lubrificados com entrada de água
- Implantes biomédicos móveis : próteses de joelho e quadril
Exemplos de Materiais: Liga de Ti contra Polietileno de alta
densidade



Métodos de combate à corrosão-atrito:

Uso de inibidores de corrosão
Uso de lubrificantes contendo inibidores
Modificação da composição do material
Modificação superficial do material : Polimento
Deposição de materiais mais resistentes com baixo coeficiente de atrito

48. Conclusões
A influência de meio corrosivomeio corrosivo sobre o tempo de vida de
uma peça metálica, sob esforços estáticos, monotônicos ou
cíclicos, depende de muitos fatores que podem mudar a
sua importância e permitir ou não sua observação em
laboratório.
Os aços inoxidáveis e ligas de níquel são relativamente
resistentes mas não imunes à CST e à CF . A seqüência de
suscetibilidade dos diversos materiais não está diretamente
ligada à seqüência de resistência à corrosão.

49. Conclusões
Fatores importantes para definir o modo de ação incluem:

intensidade, modo de aplicação, freqüência de
ciclos, das tensões;

natureza do corpo de prova (fabricação do
material, modo de preparação, acabamento, tensões
residuais)

natureza das soluções (composição,
temperatura)

potencial (aplicado ou de circuito aberto).

50. Conclusões
Os mecanismos normalmente invocados para explicar
corrosão sob tensão e corrosão-fadiga envolvem:
Nucleação de fissuras antecipada por corrosão em pites,
frestas, em inclusões e marcas de usinagem superficiais.
Dissolução em estrias de deformação plástica (potenciais
suficientemente anódicos)
Fragilização por hidrogênio (potenciais catódicos) ou
associada a formação de fases frágeis (hidretos)
Concentração de tensão associada a defeitos puntuais
(vacâncias)