Demais ligas ensaiadas

As demais ligas ensaiadas, sendo elas, Fe4Si4Cr6Ni; Fe4Si4Cr4Ni e FeMnSiCrNiNb, não apresentaram comportamento suficiente que permitissem a determinação dos valores de kp nas três temperaturas, por isso, não foi possível a

determinação da energia de ativação e da constante pré-exponencial, no qual são necessários no mínimo três temperaturas de ensaio. As precoces perdas de massa apresentadas em algumas das temperaturas ensaiadas foram a razão pela qual não foi possível efetuar o cálculo de tais parâmetros. Por outro lado, separadamente, os valores do coeficiente de ganho de massa kp de cada amostra podem ser analisados em suas

respectivas temperaturas. Somente a liga Fe4Si4Cr4Ni não apresentou coeficientes de ganho de massa em nenhuma de suas duas temperaturas ensaiadas, uma vez que, por conta do seu comportamento ruim, com destacamento precoce, nas temperaturas de 850 e 950 °C, a amostra desta liga não foi ensaiada na temperatura de 1050 °C.

respectivas temperaturas. Assim, como mencionado para as ligas já apresentadas, os valores utilizados para o cálculo do coeficiente de ganho de massa (kp) foram os coletados

antes do início da perda de massa. Todas as amostras apresentaram uma tendência de comportamento parabólico de ganho de massa até o ciclo mencionado com coeficientes de determinação R2igual ou maiores que 0,91.

Tabela 9 - Valores de cinética de oxidação parabólica para as demais ligas ensaiadas Liga Temperatura (°C) R2 _{Ciclos k}

p (kg2/m4.s) AISI 304 850 °C 0,92 13 1,08x10-10 AISI 310 950 °C 0,92 26 3,6x10-11 1050 °C 0,99 5 4,9x10-9 Fe5Si4Cr6Ni 850 °C 0,95 25 2,5x10-9 950 °C 0,91 47 1,6x10-9 FeMnSiCrNiNb 850 °C 0,97 18 4,9x10-9

O aço AISI 304 ensaiado ciclicamente na temperatura de 850 °C apresentou um coeficiente de ganho de massa maior que o apresentado para o aço austenítico HH-mod (20% de Cr) que foi de 4,74x10-12kg2/m4.sutilizado por Malafaia (2013) na temperatura de 800 °C. A aproximação do cálculo do coeficiente se deu para 13 ciclos para o AISI 304 e 65 ciclos para o HH-mod utilizado no trabalho.

O aço AISI 310 utilizado nas temperaturas de 950 e 1050 °C também apresentou valores de kp maiores que os encontrados na literatura. Baleix, Bernhart e Lours (2002)

encontraram 1,88 x 10- 12 _{e 2,29 x 10}-11_kg2_/m4_{.s para as temperaturas de 900 e 1000 °C,}

porém, foi utilizado um teor de níquel maior que o aplicado neste trabalho, fato este que pode afetar a resistência à oxidação da liga. Malafaia (2013) encontrou, para as temperaturas de 900 e 1000 °C, valores próximos aos obtidos por Baleix, Bernhart e Lours (2002) e menores que os apresentados nesta pesquisa. Na temperatura de 900 °C, o valor encontrado foi de 4,48 x 10-11 kg2/m4.s em um intervalo de 94 ciclos e um kp = 7,45 x 10- 10 kg2/m4.s para um intervalo de 7 ciclos.

A liga FeSi4Cr6Ni perdeu massa rapidamente na temperatura de 1050 °C, por conta disso, os valores de kp são apenas para as temperaturas de 850 e 950 °C. Quando se

compara os valores encontrados para esta liga com a liga Fe5Si4Cr4Ni, percebe-se que os valores encontrados foram maiores, podendo ser associado à maior presença de Ni

nesta composição. Na literatura, Huntz et al. (2003) encontraram para um ambiente à pressão parcial de 1 atm, valores que ficaram entre 1,2 e 1,9 x 10-10 kg2/m4.spara ligas com 9% de Cr e variações de Si entre 2, 3 e 4%. Os valores encontrados para a liga Fe5Si4Cr6Ni também foram maiores que os valores encontrados por Malafaia (2013) para a liga Fe-5Si-5Cr-4Ni-Nb-C nas temperaturas de 800, 900 e 1000 °C. Os valores de kp ficaram entre 3,12 x 10-12 kg2/m4.s para um intervalo de 749 ciclos na temperatura de

800 °C e 3,22 x 10-10 _kg2_/m4_{.s na temperatura de 1000 °C com um intervalo de 383 ciclos.}

Ma et al. (2013) encontraram um coeficiente de ganho de massa, kp= 2,55 x 10-9 kg2/m4.s

para a liga Fe-14,3Mn-5,6Si-8,2Cr-5Ni. Tais valores podem ser verificados na Figura 77

de forma simplificada.

A liga FeMnSiCrNiNb permitiu o cálculo de seu coeficiente de ganho de massa somente na temperatura de 850 °C. O valor calculado foi de 4,9 x 10-9 _kg2_/m4_{.s em um}

intervalo de 18 ciclos. Na literatura, os valores de referência para ligas com composições similares foram menores, entre os quais, pode-se destacar a liga Fe-17Mn-5Si-10Cr-4Ni- 0,59V-0,14C estudada por De Sousa Malafaia e De Oliveira (2017) na temperatura de 800 °C e um kp = 9,95 x 10-10 kg2/m4.s em um intervalo de 175 ciclos. Ainda como

referência, Malafaia (2013) encontrou, para a liga Fe-12Mn-5Si-10Cr-4Ni-Nb-C, kp = 9,5 x 10-10kg2/m4.s em um intervalo de 286 ciclos na temperatura de 800 °C. Essa variação dos valores podem ser explicadas pelas diferentes composições das ligas ensaiadas e do método de ensaio utilizado. A liga FeMnSiCrNiNb tem, em sua composição, maiores teores de todos os elementos contidos na composição e o maior teor de massa pode ser apontado como o principal responsável por esse maior coeficiente de ganho de massa. Os valores citados para as ligas FeMn podem ser verificados numa forma mais simplificada para visualização na Figura 79.

5 CONCLUSÕES

Em relação ao comportamento das ligas ensaiadas para a variação de massa ao longo dos ciclos:

 A pesquisa demonstra que os melhores resultados nos testes de oxidação cíclica foram os obtidos pelos aços AISI 304 na temperatura de 850 °C até por volta do 150° ciclo com a liga Fe5Si4Cr4Ni. A partir deste ciclo, a liga Fe5Si4Cr4Ni manteve um bom comportamento, com pequeno ganho de massa comparado às demais ligas. Na temperatura de 950 °C, o aço AISI 310 também teve comportamento aproximado ao da liga Fe5Si4Cr4Ni, porém, nesta temperatura os melhores resultados foram do aço AISI 310. Na temperatura de 1050 °C, as ligas FeSi ensaiadas perderam massa rapidamente, enquanto que o aço AISI 310 foi a amostra que apresentou o melhor comportamento, com a liga FeMnSiCrNi.

A caracterização das camadas de óxido por MEV, EDX e DRX indicaram que:  Os aços inoxidáveis apresentaram óxidos ricos em Fe para o AISI 304

justificado pelo destacamento de massa apresentados nos ensaios de oxidação e espinélios Cr-Mn para o AISI 310. Ainda foram encontrados óxido de Cr (950 °C) e Mn (1050 °C) para o AISI 310. Exceção feita ao aço AISI 304 que os óxidos formados não são considerados protetores e ao óxido de Mn formado no AISI 310 a 1050 °C, todos os demais óxidos formados são considerados protetores. Esse comportamento é comprovado nos ensaios de oxidação do aço AISI 310 que não sofreu perda de massa durante os ciclos ensaiados.

 As ligas FeSiCrNi apresentaram óxidos de Cr e espinélios Cr-Mn que são conhecidos como protetores. Na liga Fe5Si4Cr4Ni, em especial, também foi encontrada sílica (SiO2), reconhecida por sua capacidade protetora de

camada. Entretanto, em algumas amostras foram encontrados óxidos de Fe, reconhecidamente não protetores. Frações de ferrita também foram detectadas pelo difratograma, indicando a presença da matriz na superfície varrida pelo DRX. Na temperatura de 1050 °C, óxidos não protetores foram encontrados, justificando o comportamento das ligas Fe5Si4Cr6Ni e Fe5Si4Cr4Ni nesta temperatura. Nestas duas amostras foram identificados óxidos protetores que também são comprovados pelo

comportamento das amostras nas temperaturas de 850 e 950 °C.

 As ligas FeMnSiCrNi apresentaram, como esperado, óxidos de Mn em todas as amostras, mas também foram detectados, com uma frequência elevada, espinélios Cr-Mn protetores para a liga. O fenômeno da zona empobrecida de Mn também foi detectado namicrografia obtida por MEV realizada de algumas das amostras ensaiadas. Em geral, todas as amostras apresentaram, como esperado, óxidos ricos em manganês, até mesmo a liga FeMnSiCrNiNb que sofreu destacamento de massa. A liga FeMnSiCrNiCe, na temperatura de 850 °C, apresentou destacamento seguido de ganho de massa e mesmo neste caso, foram identificados óxidos ricos em manganês.

Para a cinética de oxidação, tem-se que:

 Em três das ligas ensaiadas foi possível determinar que, nos ciclos iniciais, tais ligas apresentaram comportamento de oxidação parabólico, como sugerido pela teoria. Já para os coeficientes de ganho de massa, a que apresentou os menores valores nas três temperaturas foi a liga Fe5Si4Cr4Ni, que também teve comportamento aproximado dos aços inoxidáveis em oxidação cíclica nas temperaturas de 850 e 950 °C. As ligas FeMn também apresentaram menores energias de ativação do que a liga Fe5Si4Cr4Ni.

Por fim, a presente pesquisa apresentou que a liga Fe5Si4Cr4Ni pode ser analisada como alternativa aos aços inoxidáveis em aplicações que envolvam temperaturas menores que 950 °C quando submetidas à oxidação cíclica. Sua utilização depende, ainda, de mais estudos relacionados à resistência mecânica desta liga.

6 SUGESTÕES PARA TRABALHOS FUTUROS

Durante o desenvolvimento desta pesquisa, foram identificadas algumas oportunidades de trabalhos futuros, as quais descrevo a seguir:

 Realizar análises quantitativas dos óxidos formados nas amostras utilizadas nesta pesquisa;

 Realizar ensaios mecânicos que permitam avaliar a resistência mecânica das ligas ensaiadas;

 Testar novas variações com pequenas variações nas quantidades de Cr, Mn e Si;

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